Jeżeli substancja ma zmienny współczynnik załamania, np. ze względu na zmiany chemicznego składu lub parametrów fizycznych, mogą powstawać zakłócenia kierunku rozchodzenia się fali i zniekształcenia odbieranych obrazów. Jednym z przykładów niejednorodnego ośrodka jest powietrze o zmieniającej się temperaturze. Nawet niewielkie fluktuacje gęstości powietrza w atmosferze mogą zakłócać obrazy teleskopów optycznych umieszczonych na powierzchni Ziemi.
Historia Załamanie i dyspersja Przybliżone prawo załamania podał już Klaudiusz Ptolemeusz w II w. n.e. Teorię załamania (dioptryka) rozwijali od XIII w. uczeni średniowieczni jak Robert Grosseteste, Roger Bacon, Witelon i Teodoryk z Freibergu. Wyjaśniali za jego pomocą tęczę oraz złudzenia optyczne. W XVII w. poznano poprawne prawo Snelliusa. Isaac Newton zbadał też związaną z załamaniem dyspersję, dowodząc, że promień białego światła jest przy załamaniu poszerzony, poszczególne barwy same nie ulegają dalszej dyspersji oraz że różnią się współczynnikiem załamania. Tym samym dzięki refrakcji i dyspersji udowodniono, że światło białe jest połączeniem światła monochromatycznego.