עיקרון העבודה של הזכוכית מבוסס בעיקר על התפשטות ושבירה של האור. כאשר האור פוגע במשטח הזכוכית, חלק מהאור יבוא לידי ביטוי, בעוד שהחלק השני יעבור דרך הזכוכית ויתפשט לצד השני. הסיבה לכך היא שלמשטח הזכוכית יש תכונות רפלקטיביות, וחלק מהאור יבוא לידי ביטוי בחזרה על פי חוק ההשתקפות. האור שעובר דרך הזכוכית ייתקל בתופעת השבירה בתוך הזכוכית. מכיוון שמדד השבירה של הזכוכית גדול מזה של האוויר, האור יתכופף בכיוון הרגיל של הזכוכית, ויגרום לאור לשנות כיוון במהלך ההתפשטות.
לתהליך ההרכב והכנות של זכוכית יש השפעה חשובה על התכונות האופטיות. זכוכית רגילה מורכבת בעיקר מחומרי גלם כמו סיליקון דו חמצני (SiO₂), אפר סודה (Na₂co₃) ואבן גיר (CACO₃). חומרי גלם אלה נמסים ומגיבים בטמפרטורות גבוהות ליצירת תערובת נוזלית אחידה. ככל שהטמפרטורה פוחתת בהדרגה, צמיגות החומר הנוזלי עולה, ותנועת האטומים או המולקולות הופכת קשה יותר ויותר. לבסוף, הוא מתמצק ישירות מבלי ליצור מבנה גביש רגיל ליצירת מוצק אמורפי כמו זכוכית.
העברת האור של הזכוכית קשורה למבנה המולקולרי של החומר שלו. המבנה המולקולרי של הזכוכית מופרע, והאטומים או המולקולות בהן אינם מסודרים באופן קבוע. זה מאפשר לאור להיות שקוף מבלי להתפזר משמעותית כאשר הוא מתפשט בתוך הזכוכית. בנוסף, על ידי בקרת שיטות ההרכב והעיבוד של זכוכית, ניתן לייצר תכונות אופטיות ספציפיות, כמו זכוכית המעבירה אור באורך גל ספציפי, יש מדד שבירה או תכונות פיזור ספציפיות.
