Die optischen Eigenschaften der Kristalle, die u. a. für Reflexion, Refraktion und Absorption des Lichtes verantwortlich sind, sind durch ihren regelmäßigen inneren Aufbau bestimmt. Anders als bei den optisch isotropen Gläsern findet man bei Kristallen in der Regel das Phänomen der Anisotropie: Wichtige Eigenschaften wie z. B. der Brechungsindex sind von der Ausbreitungsrichtung des Lichts im Kristall und seiner Polarisation abhängig.

Genauer gesagt gilt dies für alle Kristalle, die nicht das kubische Kristallsystem aufweisen. Zur Veranschaulichung trägt man in einem dreidimensionalen Diagramm für jede mögliche Ausbreitungsrichtung von Licht im Kristall den Wert des Brechungsindex in dieser Richtung ein. Dadurch ergibt sich immer ein Ellipsoid mit in der Regel drei ungleich langen senkrecht aufeinander stehenden Hauptachsen, das man auch als Indikatrix bezeichnet.

• Ist der Kristall kubisch, reduziert sich das Ellipsoid auf den Spezialfall einer Kugel, da alle drei Hauptachsen dieselbe Länge haben. Die Lichtausbreitung ist in diesem Falle isotrop.

• Im Falle des hexagonalen, trigonalen und tetragonalen Kristallsystems sind nur zwei der Hauptachsen gleichlang, man spricht dann von optisch einachsigen Kristallen. Die in der Bezeichnung angesprochene Achse steht senkrecht auf den beiden gleichlangen Hauptachsen. Bei Lichteinfall parallel zu dieser Achse findet keine Doppelbrechung statt.

• Drei unterschiedlich lange Hauptachsen finden sich für das orthorhombische, monokline und trikline Kristallsystem, der Kristall heißt nun optisch zweiachsig. Diese beiden Achsen fallen nicht mit Hauptachsen des Ellipsoids zusammen, sie sind vielmehr eindeutig dadurch definiert, dass sie senkrecht auf den einzigen beiden Kreisen stehen, die sich durch Schnitt einer beliebigen Ebene durch den Mittelpunkt des Ellipsoids mit der Indikatrix erzeugen lassen (alle anderen Schnitte ergeben Ellipsen und keine Kreise). Der Radius dieser Kreise entspricht der von der Länge her mittleren der drei Hauptachsen.

Auch die optische Aktivität von Kristallen lässt sich auf ihre Anisotropie zurückführen: Dabei wird die Polarisationsebene linear polarisierten Lichtes um einen zur im Kristall zurückgelegten Strecke proportionalen Winkel gedreht. Man unterscheidet je nachdem ob die Ebene im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wenn man genau gegen die Ausbreitungsrichtung des Lichtes schaut, rechts- und linksdrehende Kristalle, die auch als optische Modifikationen bezeichnet werden. Als Beispiele seien Linksquarz und Rechtsquartz genannt.

Eine dritte spezifisch auf Kristalle zutreffende optische Erscheinung ist der so genannte Pleochroismus. Das bedeutet, dass Licht je nach Ausbreitungs- und Polarisationsrichtung unterschiedlich stark absorbiert wird. Da die Absorption zusätzlich noch von der Wellenlänge abhängt, zeigt sich der Pleochronismus in einer richtungsabhängigen Farbänderung des durchstrahlten Lichtes, die in extremen Fällen schon mit bloßem Auge feststellbar ist.