Questo fenomeno si verifica a causa della rifrazione, che è la curvatura delle onde luminose mentre passano da un mezzo all'altro con densità ottiche diverse. In questo caso, le onde luminose che viaggiano dalla matita attraverso l'aria vengono rifratte quando entrano nell'acqua.

Questo cambio di direzione fa sì che la matita sembri spostata o rotta se vista dal lato del vetro. L'angolo con cui la luce si piega dipende dagli indici di rifrazione dei due mezzi e dall'angolo con cui la luce colpisce il confine tra loro.

Maggiore è la differenza negli indici di rifrazione, maggiore è la quantità di flessione. Poiché l'indice di rifrazione dell'acqua è superiore a quello dell'aria, le onde luminose si piegano più bruscamente quando entrano nell'acqua, determinando uno spostamento o "rottura" più pronunciato nell'aspetto della matita. Questo effetto è comunemente osservato quando gli oggetti vengono osservati oltre il confine tra aria e acqua, facendoli apparire distorti o spostati.