电磁辐射的宽广谱系被一个称为“波长”的变量加以区分。波长从长到短经历了无线电波、红外波、可见光、紫外波、X射线、\(\gamma\)射线等等。其中，有三个区域特别值得关注。一个区域内，波长比用来研究它的一起的尺度小得多，此时可以用一种称为“几何光学”得方法来作粗略的一级近似；另一个区域内，波长与仪器的尺度相近，此时仍然不用考虑量子力学，可以用经典的电磁辐射理论来研究；最 后一个区域内波长短到波的特性可以忽略，此时我们用“光子”的模型来粗糙地加以描述。下面我们开始讨论“几何光学”的部分。在这里我们甚至不用去追问“光是什么”，只要找出大尺度下光的行为如何。换言之，我们决定先从十分粗糙的角度来研究光的行为。
最短时间原理
我们从经验上已经对光足够熟悉，能充分理解光沿直线传播，当光射向某个界面时会发生反射，当光穿过不同介质时会发生折射等现象。人们对这些现象做过许多研究，得出了反射时入射角等于反射角的规律，折射时的斯涅耳定律等等。
所有这些光的行为都被统一在费马的最短时间原理里：在从一个点行进到另一个点的所有可能路径中，光一定会走所需时间最短的路径。这个简单的原理既包含了光的直线传播定理，也包括了所有反射、折射的现象。