Lorsque la lumière arrive depuis l’air et pénètre dans une gemme, elle rencontre un milieu d’indice de réfraction plus élevé. Ce changement de milieu entraîne une diminution de la vitesse de propagation de la lumière. Cette variation de vitesse provoque une réfraction, c’est-à-dire une modification de la direction du rayon lumineux dès son entrée dans la gemme.

La lumière blanche n’est pas déviée comme un tout homogène. Chaque composante colorée de la lumière possède une longueur d’onde différente et, en entrant dans la gemme, chaque couleur se propage à une vitesse différente (on parle plus précisément de déphasage). Les rayons de courte longueur d’onde sont davantage ralentis que ceux de grande longueur d’onde. Comme on peut l’observer dans l’animation ci-dessus, les vitesses de propagation diffèrent selon la couleur : les rayons violets, de plus courte longueur d’onde, se propagent plus lentement que les rayons rouges. Cette différence de vitesse entraîne une séparation progressive des couleurs dès la première interface entre l’air et la gemme.

À l’intérieur de la gemme, la lumière se propage ensuite à vitesse constante tant qu’elle reste dans le même matériau. Cependant, comme les différentes couleurs ne suivent pas exactement la même trajectoire, les rayons lumineux s’écartent progressivement les uns des autres. La gemme agit ainsi comme un milieu dispersif qui amplifie la séparation initiale des couleurs.