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。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。有些特用光纤的核心或包覆会特别地制作成非圆柱形，通常像椭圆形或长方形。这包括维护偏极化光纤。光子晶体光纤是一种新型的光纤，其折射率以规律性的模式变化（通常沿着光纤的轴向会有圆柱空洞）。在介质内，光纤的衰减，又称为传输损失，指的是随着传输距离的增加，光束（或信号）强度会减低。由于现代光传输介质的高质量透明度，光纤的衰减系数的单位通常是 dB/km （每公里长度介质的分贝）
