La lumière qui n'est pas absorbée est réémise dans toutes les directions, produisant ce qu'on appelle la dispersion de la lumière; nous avons mentionné les deux cas extrêmes de réflexion totale et de transmission totale. La plupart des cas sont intermédiaires. Si des oscillations d'électrons sont également possibles dans toutes les directions, les faisceaux de lumière incidente non polarisée apparaîtront essentiellement comme à l’entrée de la suspension, sauf pour le décalage de phase déjà mentionné. Si, toutefois, les particules ou molécules en suspension ne sont pas isotropes, c'est à dire, que les électrons peuvent osciller plus facilement dans un sens que dans l'autre, un faisceau lumineux incident non polarisé sera divisé, parce que les ondes oscillantes dans une direction auront leurs phases décalées par rapport à celles qui oscillent dans une autre direction. Le résultat net est que les soi-disant molécules anisotropes produisent deux faisceaux émergents polarisés. Comme celles-ci émergent dans des directions légèrement différentes, le phénomène est appelé la double réfraction ou biréfringence.

De toute évidence, une mesure montrant la biréfringence nous dit à la fois que le matériau étudié est anisotrope, et que l'anisotropie optique est due à l'anisotropie dans les mouvements admissibles d'électrons, on peut en déduire la structure de la matière.

L'utilisation principale de ce phénomène en biologie est actuellement en mode inversé. Nous émettons la lumière polarisée sur la substance de structure inconnue et observons ce qui se passe au niveau de la polarisation. En outre, si l'on aligne les molécules d'une substance (comme on peut le faire de plusieurs façons), puis la réfraction (déviation de la lumière) mesurée le long et perpendiculairement à la direction de l'alignement nous en dira davantage sur la structure électronique des molécules individuelles.

La structure biréfringente peut apparaître de plusieurs manières, dont quelques-uns sont présentées brièvement.