A compreensão das ópticas geométrica e física nos permite estudar fenômenos resultantes dos aspectos das partículas e das ondas da luz.
Propriedades da Luz

A luz viaja através do espaço como ondas eletromagnéticas e < como partículas. Como resultado dessa dualidade de onda de partículas
, quando os físicos estão trabalhando com óptica (o estudo da luz), eles devem pensar na propagação da luz de uma de duas maneiras, dependendo da aplicação.

Ao pensar em características da luz como interferência, polarização ou cor, descrever a luz como frentes de ondas transversais é o caminho a percorrer. Mas, ao construir um telescópio ou lente corretiva e determinar como a luz refletirá, refratará e transmitirá, a melhor opção é pensar na luz como um feixe de partículas movendo-se em linhas retas chamadas raios.
Wave Optics e Wave Theory of Light

O estudo da óptica física utiliza a natureza das ondas da luz para entender fenômenos como padrões de interferência causados por ondas de luz que passam por grades de difração e espectroscopia. A óptica física decolou como um campo no século XIX, após várias descobertas importantes, incluindo a existência de luz fora do espectro visível por Sir Frederick William Herschel.

Na óptica física, a luz é representada como uma frente de onda transversal, como a sinusoidal ou "curva S" que também descreve uma onda que viaja pela água com cristas e vales (pontos altos e baixos). Com esse modelo, as ondas de luz seguem as mesmas regras que outras ondas transversais - suas frequências e comprimentos de onda são inversamente proporcionais devido à equação da velocidade da onda, e as frentes das ondas interferem umas nas outras onde elas se cruzam.

Por exemplo, duas cristas (pontos altos) ou duas calhas (pontos baixos) que se sobrepõem interferem construtivamente, tornando a crista geral mais alta ou mais baixa, respectivamente. Onde as frentes de onda se encontram fora de fase - uma crista e uma vala - elas interferem destrutivamente
, cancelando-se total ou parcialmente.

Pensar na luz como uma onda também é fundamental compreender as diferenças entre os tipos de luz no espectro eletromagnético, como a diferença entre rádio, visível e raios-x, uma vez que esses tipos são classificados por suas propriedades de onda. Isso também significa que tratar a luz como uma onda é importante na ótica física da cor, pois esse é um subconjunto da parte visível do espectro.
Óptica geométrica e rastreamento de raios

Na ótica geométrica, os físicos usam a natureza das partículas da luz para representar seu caminho em linhas retas conhecidas como raios. A óptica geométrica está em uso há muito mais tempo que a física, pois as pessoas aprenderam como projetar dispositivos que dobram e focalizam a luz para fins como fabricar telescópios e lentes corretivas muito antes de entenderem o que era a luz. Em 1600, lentes de moagem com o objetivo de auxiliar a visão humana eram comuns.

Os raios de luz são desenhados como linhas retas que emanam de uma fonte de luz e indicam a direção que a luz viaja. Um diagrama de raios é usado para mostrar os caminhos de vários raios de luz representativos, conforme eles refletem, refratam e transmitem através de diferentes materiais, a fim de determinar medidas como distância focal, tamanho e orientação da imagem resultante.

Por Ao traçar os caminhos dos raios de luz, os físicos podem entender melhor os sistemas ópticos, incluindo a formação de imagens em lentes finas e espelhos planos, fibras ópticas e outros instrumentos ópticos. Dada sua longa história como campo, a óptica geométrica levou a várias leis bem conhecidas sobre como a luz salta e dobra, talvez mais famosa a lei da refração (lei de Snell) e a lei da reflexão.