La principale definizione dell'indice di rifrazione è basata sulla velocità della luce. La luce viaggia ad una velocità costante nel vuoto (approssimativamente 300.000 Km./sec.) ma la velocità è ridotta quando la luce passa attraverso qualsiasi altra sostanza. Il rapporto di queste due velocità è l'indice di rifrazione della sostanza.
La relazione seguente definisce:
Indice di rifrazione in una sostanza =Velocità della luce nel vuoto / Velocità della luce nella materia
La velocità nel vuoto è quasi identica alla velocità della luce nell'aria, e dato che la maggior parte delle analisi vengono effettuate in atmosfera normale si usa esprimere l'indice di rifrazione relativo all'aria piuttosto che al vuoto.
Una conseguenza del cambio di velocità nelle diverse sostanze è che quando un raggio di luce passa da una sostanza all'altra c'è un cambio di direzione nel raggio. Questa deviazione è chiamata rifrazione. Il rifrattometro misura la deviazione del raggio di luce in condizioni di illuminazione definite e controllate.
In sostanza, il rifrattometro confronta un indice di rifrazione sconosciuto di un campione con l'indice di rifrazione conosciuto di un prisma e tramite tabelle ottiche permette la lettura dell'indice di rifrazione di un campione direttamente da una scala graduata.
Il più comune uso commerciale dei rifrattometri è il controllo della qualità nell'industria alimentare; se una sostanza solubile come lo zucchero viene dissolto in acqua, l'indice di rifrazione della soluzione cambia in funzione della concentrazione. Ciò si applica anche a tutte le sostanze solubili a vari gradi, tuttavia, dato che lo zucchero è una delle sostanze più ampiamente usate nelle industrie alimentari e delle bevande, la maggioranza degli strumenti per tali applicazioni è calibrata direttamente in termini di percentuale zuccherina e può o non può essere rapportata alla scala dell'indice di rifrazione.
La Bellingham & Stanley Ltd si è impegnata nello studio e costruzione di rifrattometri per una vasta gamma di applicazioni fin dalla sua nascita nel 1914. La società è specializzata in tale strumentazione e come tale è probabilmente il maggior fabbricante nel mondo, destinata a questo particolare settore. I suoi prodotti vengono venduti in tutto il mondo principalmente alle industrie alimentari, petrolifere e farmaceutiche. Il settore R&S studia nuove esigenze e il continuo aggiornamento nella gamma dei prodotti.