雙折射是指一條入射光線產生兩條折射光線的現象。
雙折射主要發生在光束入射到各向異性的晶體時，如方解石、石英等，這種情況下，光會分解為兩束光，沿不同方向折射。在非均質體中，光的傳播速度和折射率值會隨振動方向的不同而改變，除非是特殊方向，否則光波入射非均質體時都會發生雙折射，分解成振動方向互相垂直、傳播速度不同、折射率不等的兩種偏振光。這種現象可以用光的橫波性質來解釋。在雙折射現象中，光在晶體中的傳播速度和折射率不止一個，這種不均勻性導致光波在晶體中分裂成兩個方向不同的折射光線。
當光照射到各向異性晶體時，發生兩個不同方向的折射，形成兩束偏振光。當尋常光折射率大於非尋常光折射率時稱之正單光軸材料，反之稱負單光軸材料。