La matita nel bicchiere d'acqua appare piegata a causa della rifrazione della luce. La rifrazione è la deflessione della luce quando passa da un mezzo all'altro, ad esempio dall'aria all'acqua o dall'acqua al vetro. L'entità della flessione dipende dall'angolo con cui la luce colpisce la superficie e dalla differenza negli indici di rifrazione dei due mezzi.

Nel caso della matita in vetro, la luce della matita colpisce obliquamente la superficie dell'acqua. Ciò fa sì che la luce si pieghi e cambi direzione. La luce poi viaggia attraverso l'acqua e colpisce la superficie del vetro in un angolo. Ciò fa sì che la luce si pieghi nuovamente e cambi direzione. L'effetto finale è che la matita sembra piegata nel punto in cui entra nell'acqua e di nuovo nel punto in cui entra nel bicchiere.