Nhìn chung khi ánh sáng tương tác với đá quý (hay vật thể bất kỳ), những hiện tượng quang học đặc trưng nhất thường xảy ra là sự khúc xạ, phản xạ và hấp thụ (truyền qua) ánh sáng (chiết suất, ánh, sự tán sắc chiết suất và phổ hấp thụ).

Trong trường hợp tổng quát, khi ánh sáng chiếu vào một vật thấu quang dưới  một góc khác 90°, một phần ánh sáng bị phản xạ, một phần đi vào vật (bị bẻ gãy và hấp thụ), phần còn lại truyền qua mẫu.

Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng tuân theo hai định luật của Snell (một nhà khoa học người Đức):

• Góc tới bằng góc phản xạ
• Tia tới, tia phản xạ và pháp tuyến cùng nằm trong một mặt phẳng. Khi ánh sáng truyền từ môi trường có mật độ quang học thấp hơn (môi trường I) vào môi trường quang học đặc hơn (môi trường II), ánh sáng sẽ bị bẻ gãy (khúc xạ) về phía pháp tuyến.

Hiện tượng khúc xạ được đặc trưng bằng một hằng số có tên gọi là chỉ số khúc xạ (hay chiết xuất), thường được ký hiệu là n (hoặc RI-refractive index)

n=vận tốc ánh sáng trong không khí/vận tốc ánh sáng trong vật

Ví dụ, chiết suất n của kim cương là 2,41 có nghĩa là khi ánh sáng đi từ không khí vào kim cương, vận tốc của nó giảm đi 2,41 lần.

Các định luật của Snell cũng chỉ ra rằng khi ánh sáng truyền từ môi trường này vào môi trường khác, giữa chỉ số khúc xạ của chúng và các góc tới, góc khúc xạ có sự liên hệ bằng công thứ sau:

Sin α/Sin β = n₁/n₂ 

Trong đó:

• α: góc tới;
• β: góc khúc xạ;
• n₁: chiết suất môi trường I;
• n₂: chiết xuất môi trường II.

Nếu môi trường I là không khí (quy định cho n=1) thì ta sẽ có:

n₂ = Sin α/Sin β,

tức là, nếu môi trường II là viên đá thì chiết suất của nó sẽ được tính theo công thức sau:

n = v_kk/v_dd= Sin α/Sin β

Trong đó:

• v_kk: vận tốc ánh sáng trong không khí;
• v_dd: vận tốc ánh sáng trong viên đá.

Sự phản xạ và hấp thụ ánh sáng được đặc trưng bằng các đại lượng là hệ số phản xạ (R) và chỉ số hấp thụ (k). Cũng như chỉ số khúc xạ, hệ số phản xạ R và chỉ số hấp thụ k là các hằng số đối với mỗi vật.

Trường hợp tia sáng tới vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường, chỉ số khúc xạ, hệ số phản xạ và chỉ số hấp thụ liên hệ với nhau bằng phương trình Fresnell:

R = [(n-1)²+k²]/[(n+1)²+k²]=I_r/I_o

Trong đó:

• I_r: cường độ tia phản xạ;
• I_o: cườn độ tia tới.

Hệ số phản xạ R được tính bằng %.

Đa số đá quý đều là vật thấu quang và có k<0,1. Khi đó phương trình trên có dạng:

R=(n-1)²/(n+1)²

Như vậy, đối với hầu hết đá quý là các vật thấu quang, hệ số phản xạ R tỷ lệ thuận với chiết suất n. Chiết suất càng lớn thì hệ số phản xạ càng cao, tức là sự phản chiếu ánh sáng càng lớn.