Одно из наиболее очевидных свойств света, которое очень хорошо заметно при наблюдении за путем лазерного пучка, это распространение по прямой линии. На самом деле это всего лишь приближение. Как предсказывала физическая оптика, и затем было подтверждено экспериментально, любой пучок света расходится. Степень расхождения зависит от ширины пучка и длины волны.
Кроме того, прямолинейное распространение света зависит от однородности среды, через которую он проходит. Классическим примером состояния, когда среда не однородна, является атмосфера. Существование миражей и сжатие контуров солнца, когда оно находится очень близко к горизонту, указывают на неоднородность атмосферы. Более современные примеры неоднородных материалов – линзы с градиентным показателем преломления.
Несмотря на эти замечания, геометрическая оптика, которая будет обсуждаться далее, будет предполагать равномерное распространение света, воплощенное в концепции светового луча.