運作原理
光纖是圓柱形的介質波導，應用全反射原理來傳導光線。光纖的結構大致分為裏面的核心部分與外面的包覆部分。為了要局限光信號於核心，包覆的折射率必須小於核心的折射率。漸變光纖的折射率是緩慢改變的，從軸心到包覆，逐漸地減小；而突變光纖在核心-包覆邊界區域的折射率是急劇改變的。
折射率
- 折射率可以用來計算在物質裏的光線速度。在真空裏，及外太空，光線的傳播速度最快，大約為 3 億公尺／秒。一種物質的折射率是真空光速除以光線在這物質裏傳播的速度。所以，根據定義，真空折射率是 1 。折射率越大，光線傳播的速度越慢。通常光纖的核心的折射率是 1.48 ，包覆的折射率是 1.46 。所以，光纖傳導訊號的速度粗算大約為 2 億公尺／秒。電話訊號，經過光纖傳導，從紐約到雪梨，大約 12000 公里距離，會有最低 0.06 秒時間的延遲。
全反射
當移動於密度較高的介質的光線，以大角度入射於核心-包覆邊界時，假若這入射角（光線與邊界面的法線之間的夾角）的角度大於臨界角的角度，則這光線會被完全地反射回去。光纖就是應用這種效應來局限傳導光線於核心。在光纖內部傳播的光線會被邊界反射過來，反射過去。由於光線入射於邊界的角度必須大於臨界角的角度，只有在某一角度範圍內射入光纖的光線，才能夠通過整個光纖，不會洩漏損失。這角度範圍稱為光纖的受光錐角，是光纖的核心折射率與包覆折射率的差值的函數。
更簡單地說，光線射入光纖的角度必須小於受光角的角度，才能夠傳導於光纖核心。受光角的正弦是光纖的數值孔徑。數值孔徑越大的光纖，越不需要精密的熔接和操作技術。單模光纖的數值孔徑比較小，需要比較精密的熔接和操作技術。