Η διπλή διάθλαση είναι μια ιδιότητα που παρουσιάζεται από ορισμένους τύπους κρυσταλλικών δομών στις οποίες μια ακτίνα φωτός που διέρχεται από τον κρύσταλλο σπάει σε δύο άνισα κύματα τα οποία θα περάσουν με διαφορετικές ταχύτητες. Αυτή η ιδιότητα είναι επίσης γνωστή ως διπλή διάθλαση. Σε ένα κλασικό παράδειγμα του τρόπου λειτουργίας της διπλής διάθλασης, εάν ένα κομμάτι διπλής διάθλασης τοποθετηθεί σε ένα κομμάτι χαρτί με μια κουκκίδα, θα εμφανιστούν δύο εκδοχές της κουκκίδας. Η τουρμαλίνη, ο ασβεστίτης, ο πάγος και ο χαλαζίας είναι όλα διπλής διάθλασης στη φύση.
Αυτή η ιδιότητα εμφανίζεται όταν ένας κρύσταλλος είναι οπτικά ανισότροπος. Όταν κάτι λέγεται ότι είναι ανισότροπο, σημαίνει ότι οι ιδιότητές του μπορεί να ποικίλλουν ανάλογα με την κατεύθυνση της μέτρησης, παρά κάτι που είναι ισότροπο, οπότε οι ιδιότητες θα είναι ίδιες από όλες τις γωνίες. Στο παραπάνω παράδειγμα με ένα μπλοκ διπλής διάθλασης κρυστάλλου τοποθετημένο πάνω σε ένα κομμάτι χαρτί με μια κουκκίδα, καθώς το χαρτί περιστρέφεται, μία από τις κουκκίδες θα μετακινηθεί, επειδή ο δείκτης διάθλασης αλλάζει με τη γωνία.
Στη διπλή διάθλαση, δημιουργούνται δύο κύματα φωτός. Το πρώτο είναι το συνηθισμένο κύμα, και θα παραμείνει σταθερό στην κατεύθυνση, με το φως να περνά κατευθείαν μέσα από τον κρύσταλλο χωρίς διακοπή. Το δεύτερο κύμα είναι γνωστό ως το εξαιρετικό κύμα και κινείται καθώς περιστρέφεται ο κρύσταλλος. Το εξαιρετικό κύμα κυκλώνει το συνηθισμένο κύμα, αλλάζει καθώς χτυπά διαφορετικές περιοχές του κρυστάλλου και διαθλάται διαφορετικά. Αυτό συμβαίνει επειδή η πόλωση του φωτός αλλάζει καθώς το αντικείμενο αναπροσανατολίζεται.
Αυτή η ιδιότητα μπορεί να αξιοποιηθεί για μια σειρά από ενδιαφέρουσες χρήσεις. Τα οπτικά φίλτρα διπλής διάθλασης μπορούν να εγκατασταθούν σε διάφορες συσκευές για την αξιοποίηση της διπλής διάθλασης, για παράδειγμα. Εξειδικευμένα προϊόντα διπλής διάθλασης χρησιμοποιούνται σε διάφορα επιστημονικά πειράματα και βιομηχανικές διεργασίες, ενώ ο ασβεστίτης χρησιμοποιείται επίσης συνήθως σε εφαρμογές όπου είναι επιθυμητή η διπλή διάθλαση. Είναι επίσης δυνατό να δούμε τριδιαθλαστικά υλικά, στα οποία υπάρχουν τρεις δείκτες διάθλασης.
Οι άνθρωποι που φορούν γυαλιά μπορούν να εξερευνήσουν τη διπλή διάθλαση πειραματιζόμενοι με τις άκρες των φακών τους. Όταν τα γυαλιά τοποθετούνται σωστά, θα πρέπει να είναι δυνατή η διάσπαση μιας εικόνας σε διπλό σχέδιο, που προκαλείται από τους διαφορετικούς δείκτες διάθλασης που βρίσκονται κατά μήκος των άκρων ενός ζεύγους γυαλιών. Η διπλή διάθλαση μπορεί επίσης να αποδειχθεί με πολλούς τύπους γυαλιού. Καθώς το γυαλί μετακινείται, οι δείκτες διάθλασης πρέπει να αλλάζουν, καθιστώντας τις συνηθισμένες και εξαιρετικές ακτίνες ορατές με τη μορφή διπλής εικόνας που κινείται.