Если свет падает из среды оптически менее плотной в среду более плотную (т.е.
n 1 < n 2), то угол падения
i 1 всегда больше угла преломления
i 2 (см. рис.2), и преломленный луч существует при любых углах падения
i 1. При изменении угла падения
i 1 от 0 до 90º угол преломления
i 2 изменяется от нуля до некоторого значения
i пред –
предельного угла преломления (
i пред < 90º).
Если же среды таковы, что n 1> n 2, то углы падения и преломления подчиняются неравенству i 1 < i 2. В этом случае при увеличении угла падения угол преломления может оказаться равным 90º. Соответствующий ему угол падения называется предельным углом полного внутреннего отражения или предельным углом i пред. При падении света под бόльшими углами i 1 > i пред, преломленного луча не существует, свет не выходит из первой среды, и имеет место явление полного внутреннего отражения. Рисунок 3 иллюстрирует это явление.
Из формулы (3) следует, что величина предельного угла полного внутреннего отражения, также как и величина предельного угла преломления определяется соотношением:
, (причем n 1 > n 2) (5)
Если второй средой является воздух, то можно считать 
.
Величина предельного угла на границе двух сред зависит только от показателей преломления этих сред. Следовательно, величину предельного угла можно использовать для определения показателя преломления одной из сред, если известен показатель преломления другой среды.
