光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。它们为振动方向互相垂直的线偏振光。
光在非均质体中传播时，其传播速度和折射率值随振动方向不同而改变，其折射率值不止一个。光波入射非均质体，除特殊方向以外，都要发生双折射，分解成振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏振光，此现象称为双折射。
双折射现象是光学现象的一种，可以用光的横波性质来解释。当光照射到各向异性晶体（单轴晶体，如方解石、石英、红宝石等）时，发生两个不同方向的折射；其中一个遵守折射定律的称为o光（ordinary ray、寻常光），另一束不遵从折射定律的称为e光（extraordinary ray、非常光），这两束光都是偏振光。光线从一个特殊的角度射入晶体是不会发生双折射现象，这一角度称为晶体的光轴。对于双轴晶体（如云母、蓝宝石、结晶硫磺等），两束光都不满足折射定理。
双折射主要分为两种类型：永久双折射和暂时双折射。各向异性透明晶体如方解石，石英等的折射率，是其固有的特性，称为永久双折射；有些透明介质自然状态下不会产生双折射，但是当其受到载荷作用而产生应力是时，就会像晶体一样表现出光学各向异性，产生双折射现象。去掉载荷后，双折射现象随即消失，这种现象称为暂时双折射或人工双折射。