Trong đá quý dị hướng quang học có những phương nhất định, theo đó ánh sáng chiếu vào viên đá sẽ không bị khúc xạ kép (chỉ bị khúc xạ đơn). Phương đó gọi là trục quang học. Theo các trục quang đá quý dị hướng có hành vi giống như đá quý đẳng hướng.

Tùy theo số lượng trục quang có mặt mà tất cả đá quý dị hướng được chia thành hai nhóm:

• Đá quý một trục: chỉ có một trục quang duy nhất.
• Đá quý hai trục: có hai trục quang.

Đá quý thuộc các tinh hệ 4 phương, 6 phương và 3 phương là các đá quý một trục. Đá quý kết tinh trong các tinh hệ trực thoi, một nghiêng và ba nghiêng thuộc nhóm đá quý hai trục.

Trong đá quý một trục, khi ánh sáng chiếu vào sẽ bị tách thành hai tia chuyển động với tốc độ khác nhau, tương ứng ta sẽ có hai giá trị chiết suất. Trong hai giá trị chiết suất đó, một giá trị luôn luôn không đổi dù phương chiếu có thay đổi. Tia thứ hai ứng với giá trị chiết suất thay đổi. Tia thứ nhất được gọi là tia thường, ký hiệu là n_o và tia thứ hai gọi là tia bất thường, ký hiệu là n_c. Giá trị lưỡng chất suất trong đá quý một trục tương ứng sẽ là:

Δ_n= [n_o– n_c]

Quang suất thể của đá quý một trục có dạng một elipsoit tròn xoay. Trong hình elipsoit có một tiết điện chứa n_o luôn có dạng hình tròn. Tiết diện này gọi là tiết diện chính. Phương vuông góc với tiết diện chính chính là trục quang học của đá quý một trục.

Khác với đá quý một trục, trong đá quý hai trục giá trị chiết suất ứng với hai tia đều thay đổi khi thay đổi phương chiếu, trong đó giá trị nhỏ hơn thường được ký hiệu là n_α và giá trị lớn hơn ký hiệu là n_γ. Quang suất thể của đá quý hai trục có dạng một hình elipsoit với 3 trục chính. Trong quang học tinh thể 3 giá trị chiết suất ứng với 3 trục của quang suất thể được ký hiệu là n_g (lớn nhất), n_m (trung bình) và n_p (nhỏ nhất). Tuy vậy, trong giám định đá quý người ta chủ yếu dùng các giá trị n_α và n_γ và lưỡng chiết suất.

Δ_n= n_α– n_γ 

Trong hình elipsoit này có hai tiết diện chính (hình tròn), theo đó giá trị chiết suất không thay đổi. Hai phương vuông góc với hai tiết diện tròn này là hai trục quang của đá quý hai trục.

Tiếp đó, dựa theo một tính chất là dấu quang học, đá quý dị hướng lại được chia thành đá quý có dấu quang dương và đá quý có dấu quang âm:

• Đối với khoáng vật một trục, đá quý có dấu quang dương khi giá trị chiết suất ứng với tia thường (n_o) là giá trị nhỏ hơn (n_o<n_c) và có dấu quang âm trong trường hợp ngược lại (n_o>n_c).
• Đá quý hai trục có dấu quang dương khi [n_α-n_β]<[n_β-n_α], và có dấu quang âm khi [n_γ-n_β]>[n_β-n_α], trong đó là giá trị chiết suất trung bình (xem thêm phần kỹ thuật xác định).