Theo định nghĩa, chiết suất của môi trường là:

n = c v {\displaystyle n={\frac {c}{v}}}

với v là tốc độ pha của bức xạ điện từ trong môi trường tại một tần số nhất định (đơn sắc).

Thông thường, bức xạ điện từ đi trong môi trường chậm hơn trong chân không và n>1. Tuy vậy, tại một số điều kiện nhất định, (như gấn hấp thụ cộng hưởng hay đối với tia X), n có thể nhỏ hơn 1. Điều này không mâu thuẫn với thuyết tương đối, một lý thuyết khẳng định rằng thông tin không đi nhanh hơn c, vì tốc độ pha không thể hiện tốc độ truyền thông tin.

Đôi khi có thể định nghĩa, chiết suất nhóm dựa vào tốc độ nhóm (tốc độ lan truyền thông tin):

n g = c v g {\displaystyle n_{g}={\frac {c}{v_{g}}}} ,

với vg là tốc độ nhóm.

Tốc độ pha của bức xạ điện từ bị chậm lại trong vật chất thông thường vì tương tác giữa bức xạ điện từ và các điện tích (chủ yếu là điện tử) trong nguyên tử hay phân tử của vật chất. Điện trường dao động của sóng điện từ gây nên sự dao động tương ứng của các điện tích. Các dao động của các điện tích bị chậm pha hơn so với dao động của điện trường, do quán tính của các điện tích. Sự dao động của các điện tích lại gây ra bức xạ điện từ, ở cùng pha với dao động này, và trễ pha so với dao động điện trường ban đầu.

Tổng hợp các bức xạ của các điện tích tạo nên một sóng điện từ lan truyền cùng tần số nhưng với bước sóng ngắn hơn bức xạ ban đầu, do đó tốc độ pha chậm hơn. Hướng lan truyền của các bức xạ do dao động điện tích tập trung theo hướng lan truyền ban đầu. Tuy vậy, các điện tích dao động cũng gây ra bức xạ theo các hướng khác, nguyên chính gây nên hiện tượng tán xạ.

Các nghiên cứu mới cho thấy chiết suất âm có thể tồn tại. Hiện tượng này hiếm gặp, mới thấy ở các vật liệu meta, cho thấy khả năng chế tạo các thấu kính hoàn hảo hoặc các hiện tượng hiếm như nghịch đảo định luật Snell.