In de natuurkunde wordt reflectie gedefinieerd als de verandering in de richting van een golffront op de interface tussen twee verschillende media, waardoor het golffront terugkeert in het oorspronkelijke medium. Een bekend voorbeeld van reflectie is gereflecteerd licht van een spiegel of een stilstaande plas water, maar reflectie beïnvloedt andere soorten golven naast licht. Watergolven, geluidsgolven, deeltjesgolven en seismische golven kunnen ook worden gereflecteerd.
De wet van reflectie wordt meestal uitgelegd in termen van een lichtstraal die een spiegel raakt, maar is van toepassing op andere soorten golven ook. Volgens de reflectiewet raakt een invallende straal een oppervlak onder een bepaalde hoek ten opzichte van de "normale" (lijn loodrecht op het spiegeloppervlak).
De reflectiehoek is de hoek tussen de gereflecteerde straal en de normaal en is even groot als de invalshoek, maar bevindt zich aan de andere kant van de normaal. De invalshoek en reflectiehoek liggen in hetzelfde vlak. De wet van reflectie kan worden afgeleid uit de Fresnel-vergelijkingen.
De wet van reflectie wordt in de natuurkunde gebruikt om de locatie van een beeld te identificeren dat in een spiegel wordt weerspiegeld. Een gevolg van de wet is dat als je een persoon (of ander wezen) door een spiegel bekijkt en zijn ogen kan zien, je door de manier waarop reflectie werkt, weet dat hij ook jouw ogen kan zien.
De wet van reflectie werkt voor spiegeloppervlakken, dat wil zeggen oppervlakken die glanzend of spiegelachtig zijn. Spiegelreflectie van een plat oppervlak vormt spiegelmagen, die van links naar rechts lijken te zijn omgekeerd. Spiegelreflectie van gebogen oppervlakken kan worden vergroot of verkleind, afhankelijk van het feit of het oppervlak bolvormig of parabolisch is.
Golven kunnen ook niet-glanzende oppervlakken raken, waardoor diffuse reflecties ontstaan. Bij diffuse reflectie wordt licht in meerdere richtingen verstrooid vanwege kleine onregelmatigheden in het oppervlak van het medium. Er ontstaat geen duidelijk beeld.
Als twee spiegels tegenover elkaar en evenwijdig aan elkaar worden geplaatst, worden langs de rechte lijn oneindige beelden gevormd. Als een vierkant wordt gevormd met vier spiegels van aangezicht tot aangezicht, lijken de oneindige beelden gerangschikt binnen een vliegtuig. In werkelijkheid zijn afbeeldingen niet echt oneindig omdat kleine onvolkomenheden in het spiegeloppervlak het beeld uiteindelijk verspreiden en doven.
Bij retroreflectie keert het licht terug in de richting waar het vandaan kwam. Een eenvoudige manier om een retroreflector te maken is door een hoekreflector te vormen, met drie spiegels die onderling loodrecht op elkaar staan. De tweede spiegel produceert een beeld dat het omgekeerde is van het eerste. De derde spiegel maakt een inverse van het beeld van de tweede spiegel en keert terug naar de oorspronkelijke configuratie. Het tapetum lucidum in sommige dierenogen werkt als een retroreflector (bijv. bij katten) en verbetert hun nachtzicht.
Complexe conjugaatreflectie treedt op wanneer licht precies terug reflecteert in de richting waar het vandaan kwam (zoals bij retroreflectie), maar zowel het golffront als de richting zijn omgekeerd. Dit komt voor bij niet-lineaire optica. Conjugaatreflectoren kunnen worden gebruikt om aberraties te verwijderen door een bundel te reflecteren en de reflectie terug te leiden door de aberrerende optiek.
De weerkaatsing van geluidsgolven is een fundamenteel principe in de akoestiek. Reflectie verschilt enigszins van geluid. Als een longitudinale geluidsgolf een vlak oppervlak raakt, is het gereflecteerde geluid coherent als de grootte van het reflecterende oppervlak groot is vergeleken aan de golflengte van het geluid.
De aard van het materiaal is van belang, evenals de afmetingen. Poreuze materialen kunnen geluidsenergie absorberen, terwijl ruwe materialen (met betrekking tot golflengte) geluid in meerdere richtingen kunnen verspreiden. De principes worden gebruikt om echovrije kamers, geluidsschermen en concertzalen te maken. Sonar is ook gebaseerd op geluidsreflectie.
Seismologen bestuderen seismische golven, golven die kunnen worden veroorzaakt door explosies of aardbevingen. Lagen in de aarde weerspiegelen deze golven en helpen wetenschappers de structuur van de aarde te begrijpen, de bron van de golven te lokaliseren en waardevolle bronnen te identificeren.
Stromen van deeltjes kunnen worden gereflecteerd als golven. Bijvoorbeeld, neutron reflectie van atomen kan worden gebruikt om de interne structuur in kaart te brengen. Neutronenreflectie wordt ook gebruikt in kernwapens en reactoren.