Все викладене вище справедливо, строго кажучи, тільки в тому випадку, якщо для освітлення використовується монохроматичне світло. Якщо пучок світла має складний спектральний склад, то в описаних вище явища спостерігається дисперсія світла.
Дисперсією світла називається залежність показника заломлення від частоти ν використовуваного для освітлення світла. Хід залежності n = f (ν), що спостерігається для всіх прозорих безбарвних речовин такий, що при зменшенні частоти хвилі показник заломлення зменшується. Похідна dn / dν називається дисперсією речовини. З явища дисперсії випливає, що швидкість поширення світла в речовині залежить від кольору випромінювання. Було знайдено, що в вакуумі швидкість світла для будь-якої довжини хвилі одна і та ж, але в речовині синє світло, наприклад, поширюється повільніше, ніж червоний. В результаті дисперсії світла відбувається просторове розділення пучків променів різних довжин хвиль.
З наявності дисперсії при ламанні слід, що розглянута вище картина спостереження граничного кута повного внутрішнього відображення ускладниться. Для наочного уявлення розглянемо заломлення різних монохроматичних пучків із усілякими кутами падіння в будь-якій точці на межі поділу оптично менш щільного середовища з більш щільною. Для крайніх довжин хвиль в межах видимого спектру картини будуть відрізнятися величиною граничного кута.
Якщо падаюче світло є білим, то відбувається накладення подібних картин для різних довжин хвиль. В результаті поблизу нормалі (при малих кутах заломлення) переломлений світло залишається білим. У міру віддалення від нормалі (збільшення кута заломлення) заломлений пучок буде збіднюватися фіолетовими променями (перш за все, досягається значення граничного кута для фіолетових променів), потім послідовно - синіми, блакитними, зеленими, жовтими, помаранчевими і, нарешті, червоними. Слід пам'ятати, що поділ на 7 певних кольорів умовно. При наявності в складі світла різних довжин хвиль зміна кольорів відбувається дуже плавно. Напрямок, яке визначається граничним кутом для червоних променів, буде відповідати кордоні розділу поля зору на освітлену і затінену частини. Таким чином, межа розділу буде пофарбована. Крім того, з'являється невизначеність при вимірюванні граничного кута, так як для різних довжин хвиль він має різні значення.
Мал. 5.Влияние дисперсії на величину граничного кута.
Зі сказаного випливає, що показник заломлення є константою для даного середовища тільки при певної довжини хвилі світла. І, отже, граничний кут повинен вимірюватися при використанні монохроматичноговипромінювання. Прийнято для характеристики середовищ використовувати значення показника заломлення, виміряного для світла, випромінюваного газової натрієвої пальником (жовта - D -лінія Na, λD = 589,3 nm). В позначенні показника заломлення nD20 індекс D відноситься до
спектральної лінії, а 20 позначає температуру, який відповідає дане значення показника. Іноді показник заломлення визначають для інших спектральних ліній (наприклад, червоний - С і блакитний - F - ліній водню, λC = 653,3 nm, λF = 486,1 nm).
Прилади, за допомогою яких описаним вище способом визначають показники заломлення різних речовин, називають рефрактометрами.
Визначення коефіцієнта заломлення рідини за допомогою рефрактометра (рефракція - переломлення) засновано на явищі повного внутрішнього відображення.