電磁輻射的寬廣譜系被一個稱爲“波長”的變量加以區分。波長從長到短經歷了無線電波、紅外波、可見光、紫外波、X射線、\(\gamma\)射線等等。其中，有三個區域特別值得關注。一個區域內，波長比用來研究它的一起的尺度小得多，此時可以用一種稱爲“幾何光學”得方法來作粗略的一級近似；另一個區域內，波長與儀器的尺度相近，此時仍然不用考慮量子力學，可以用經典的電磁輻射理論來研究；最 後一個區域內波長短到波的特性可以忽略，此時我們用“光子”的模型來粗糙地加以描述。下面我們開始討論“幾何光學”的部分。在這裏我們甚至不用去追問“光是什麼”，只要找出大尺度下光的行爲如何。換言之，我們決定先從十分粗糙的角度來研究光的行爲。
最短時間原理
我們從經驗上已經對光足夠熟悉，能充分理解光沿直線傳播，當光射向某個界面時會發生反射，當光穿過不同介質時會發生折射等現象。人們對這些現象做過許多研究，得出了反射時入射角等於反射角的規律，折射時的斯涅耳定律等等。
所有這些光的行爲都被統一在費馬的最短時間原理裏：在從一個點行進到另一個點的所有可能路徑中，光一定會走所需時間最短的路徑。這個簡單的原理既包含了光的直線傳播定理，也包括了所有反射、折射的現象。