W ośrodku niejednorodnym promień światła przechodząc od punktu A do B wybiera spośród różnych możliwych dróg tę, na której przebycie potrzeba najmniej czasu.
Na podstawie zasady Fermata można wyprowadzić prawo odbicia i załamania.
Przykład: wyprowadzenie prawa załamania:
Światło biegnie z punktu A do punktu B. chcemy odnaleźć krzywą po której się ono porusza. Załóżmy, że mamy dwa ośrodki optyczne i bezwzględnym współczynniku załamania i . Wtedy prędkość światła w każdym z tych ośrodków wynosi odpowiednio:
i (rysunek). Oznaczmy przez x punkt w którym światło przechodzi przez granicę dwóch ośrodków (jasne jest ze najszybszą drogą dotarcia do tego punktu w jednorodnym ośrodku jest linia prosta). Czas potrzebny na przebycie tej drogi to:
