核心直径小于传播光波波长约十倍的光纤，不能用几何光学理论来分析其物理性质。替而代之，必须改用麦克斯韦方程组来分析，导出相关的电磁波方程。视为光学波导，光纤可以传播多于一个横模的光波。只允许一种横模传导的光纤称为单模光纤。用于通信用途时，线材会以黄色外皮做为辨识[来源请求]。大直径核心、多横模的光纤的物理性质，也可以用电磁波波动方程分析。结果会显示出，这种光纤允许多于一个横模的光波。这样的解析多模光纤，所得到的结果，与几何光学的解析结果大致相同。
波导分析显示，在光纤内的光波的能量，并不是全部局限于核心里。令人惊讶地，特别是在单模光纤里，有很大一部分的能量是以衰减波的形式传导于包覆。
最常见的一种单模光纤，核心直径大约为 7.5–9.5 微米，专门用于传导近红外线。多模光纤的核心直径可以小至 50 微米，或者大至几百微米。
因为光线的全反射，光线可以传输于光纤核心。粗糙、不规则的表面，甚至在分子层次，也会使光线往随机方向反射，称这现象为漫反射或光散射[1]，其特征通常是多种不同的反射角。
大多数物体因为表面的光散射，可以被人类视觉侦测到。光散射跟入射光波的波长有关。可见光的波长大约是 1 微米。人类视觉无法侦测到超小于这尺寸的物体.[2]。所以，位于可见物体表面的散射中心也有类似的空间尺寸。
光波入射于内部的边界面时，会因为不同调散射而造成衰减。对于结晶材料或多晶材料，像金属或陶瓷，除了细孔以外，大部分内部接口的形式乃晶界，分隔了晶粒尺寸的微小区域。材料学专家发现，假若能将散射中心（或晶界）的尺寸减小到低于入射光波的波长，则光散射的影响会减小很多，可以被忽略。这发现引起更多有关透明陶瓷材料的研究。
