materialele cristaline pot avea indici de refracție diferiți asociați cu direcții cristalografice diferite. O situație comună cu cristalele minerale este că există doi indici distincți de refracție și se numesc materiale birefringente. Dacă direcțiile y și z sunt echivalente în ceea ce privește forțele cristaline, atunci axa x este unică și se numește axa optică a materialului. Propagarea luminii de-a lungul axei optice ar fi independentă de polarizarea sa; câmpul electric este peste tot perpendicular pe axa optică și se numește unda obișnuită sau O. Unda de lumină cu e-câmp paralel cu axa optică se numește extraordinar-sau e-val. Materialele birefringente sunt utilizate pe scară largă în optică pentru a produce prisme polarizante și plăci de retardare, cum ar fi placa cu un sfert de undă. Punerea unui material birefringent între polarizatoarele încrucișate poate da naștere unor culori de interferență.
un material birefringent utilizat pe scară largă este calcitul . Birefringența sa este extrem de mare, cu indici de refracție pentru razele o și e de 1,6584 și 1.4864 respectiv.
| originile birefringenței | unele materiale birefringente |