La luce viene emessa da sorgenti primarie (sole, lampadina, fiamma ecc.) e si propaga nei mezzi trasparenti, compreso il vuoto. Quando la luce incontra delle discontinuità (ostacoli, passaggi da un mezzo a un altro) si possono avere diversi fenomeni, tra cui appunto la diffusione e la rifrazione. La diffusione rientra nella classe dei fenomeni che in ottica va sotto il nome didiffrazione. Questo termine fu introdotto da Francesco Maria Grimaldi nel suo libro De lumine (Bologna 1665).

La proposizione di Grimaldi è interessante in quanto la moderna definizione della diffrazione è ancora, per esclusione, “ogni modalità di propagazione della luce che non sia propagazione diretta, riflessione o rifrazione” (Arnold Sommerfeld, Optics, 1954).

La propagazione diretta è quella che procede indisturbata dalla sorgente, e non ha qui bisogno di commento. La riflessione e la rifrazione si producono quando la luce incontra una superficie di separazione tra due mezzi diversi (per esempio aria-vetro), e inoltre la microrugosità di questa superficie è molto piccola rispetto alla lunghezza d'onda (quest'ultima, per la luce visibile, va da 0,4 µm a 0,7 µm). Per chiarire, una superficie lucida come quella di un vetro trasparente da finestra ha tipicamente una microrugosità abbastanza piccola per dar luogo a riflessione e rifrazione, un vetro smerigliato no. In termini di raggi, la situazione è schematizzata nella figura sottostante, in cui per semplicità si è considerata una superficie di separazione localmente piana.

In pratica, una frazione del fascio di luce incidente viene riflessa e rimane nel mezzo di partenza (qui l'aria) come rimbalzando sulla superficie di separazione; la parte restante attraversa la superficie e si propaga nel secondo mezzo (qui il vetro), in una direzione che dipende dalla natura dei due mezzi affacciati; in questo passaggio consiste la rifrazione. Le leggi di riflessione e rifrazione hanno formulazioni matematiche ben precise, che preservano i caratteri del fascio come sistema ordinato di raggi.

Secondo la definizione data sopra, ogni altra modalità di propagazione – diversa quindi da propagazione diretta, riflessione e rifrazione – è diffrazione. In particolare, si consideri lo stesso fascio della figura precedente, che però incida su un vetro smerigliato.

Ancora si ha luce che resta nel primo mezzo, e altra che passa nel secondo, ma non sono preservate le caratteristiche del fascio in termini di relazione d'ordine tra i raggi, che si suddividono e procedono in direzioni apparentemente scorrelate tra loro e rispetto alle direzioni di provenienza.

I meccanismi elementari che regolano la diffrazione si studiano riferendosi a oggetti semplici, come strette fenditure o piccoli fori, sistemi ordinati di solchi (reticoli) o di aperture (griglie). Nel caso di superfici otticamente rugose (sulla scala della lunghezza d'onda), come la grandissima parte di quelle con cui abbiamo a che fare nella vita di ogni giorno, si considerano solo le proprietà statistiche del fenomeno, osservando l'ampiezza del lobo angolare entro cui la luce si ridistribuisce, in relazione alla microrugosità presente sulla superficie. Indicativamente, più piccoli sono i caratteri della superficie (graffi, fori, agglomerati ecc.), più ampio è il lobo di luce prodotto.

Per quanto questa terminologia non sia adottata universalmente, per diffusione si intende appunto la diffrazione da strutture disordinate come le superfici rugose di cui sopra. Un'altra categoria di strutture disordinate che producono diffusione è quella dei sistemi di particelle (nubi di goccioline, polveri ecc.).

La funzione per noi più importante che la diffusione svolge è la ridirezione della luce, inviata tutt'intorno e non solo secondo le direzioni stabilite da riflessione e rifrazione. Il nostro occhio vede solo la luce che entra nella pupilla, ed a questa luce associa – da qualche parte lungo la stessa direzione di provenienza – la presenza di una sorgente. Per essere visto, un oggetto deve comportarsi come una sorgente, inviando da ogni suo punto un po' di luce entro la pupilla dell'occhio: è la diffusione che permette a un oggetto illuminato di diventare una sorgente (sorgente secondaria) , e quindi di essere visto. Se non ci fosse la diffusione (se cioè tutte le superfici fossero otticamente lucide e la luce fosse rinviata solo secondo le leggi della riflessione e della rifrazione) per noi sarebbe come in un'immensa notte, in cui si vedono solo i lampioni delle strade, i fari delle macchine, le stelle, ma non le strade, le cose e il paesaggio. A ben pensare, per quanto la diffrazione (e la diffusione in sottordine) sia definita per esclusione, la quasi totalità della luce che noi vediamo è luce diffusa. E non mancano i casi di spettacolarità e suggestione: come noto, il colore del cielo si spiega proprio come diffusione della luce da parte delle molecole dell'aria nell'alta atmosfera. Qui sotto, una rara immagine di corona lunare, anch'essa dovuta a diffusione da particelle varie presenti in quota.