Die diffuse Reflexion an Festkörpern ist im Allgemeinen nicht auf die Oberflächenrauhigkeit zurückzuführen. Eine ebene Oberfläche ist zwar erforderlich, um spiegelnde Reflexion zu erzeugen, aber sie verhindert nicht die diffuse Reflexion. Ein Stück hochglanzpolierter weißer Marmor bleibt weiß; keine noch so gute Politur verwandelt ihn in einen Spiegel. Das Polieren bewirkt zwar eine gewisse spiegelnde Reflexion, aber das restliche Licht wird weiterhin diffus reflektiert.
Der allgemeinste Mechanismus, durch den eine Oberfläche eine diffuse Reflexion hervorruft, betrifft nicht genau die Oberfläche: Der größte Teil des Lichts wird von Streuzentren unter der Oberfläche beigetragen, wie in Abbildung 1 dargestellt.Wenn man sich vorstellt, dass die Abbildung Schnee darstellt und die Polygone seine (transparenten) Eiskristallite sind, wird ein auftreffender Strahl teilweise (einige Prozent) vom ersten Teilchen reflektiert, tritt in dieses ein, wird wiederum von der Grenzfläche mit dem zweiten Teilchen reflektiert, tritt in dieses ein, trifft auf das dritte Teilchen und so weiter, wodurch eine Reihe von „primären“ Streustrahlen in zufällige Richtungen erzeugt wird, die wiederum durch denselben Mechanismus eine große Anzahl von „sekundären“ Streustrahlen erzeugen, die „tertiäre“ Strahlen erzeugen, und so weiter. Alle diese Strahlen wandern durch die Schneekristallite, die kein Licht absorbieren, bis sie an der Oberfläche ankommen und in zufällige Richtungen austreten. Das Ergebnis ist, dass das ausgesandte Licht in alle Richtungen zurückgeworfen wird, so dass der Schnee weiß ist, obwohl er aus transparentem Material (Eiskristallen) besteht.
Der Einfachheit halber wird hier von „Reflexionen“ gesprochen, aber im Allgemeinen ist die Grenzfläche zwischen den kleinen Teilchen, aus denen viele Materialien bestehen, auf einer Skala, die mit der Wellenlänge des Lichts vergleichbar ist, unregelmäßig, so dass an jeder Grenzfläche diffuses Licht erzeugt wird und nicht nur ein einzelner reflektierter Strahl, aber die Geschichte kann auf die gleiche Weise erzählt werden.
Dieser Mechanismus ist sehr allgemein, weil fast alle gängigen Materialien aus „kleinen Dingen“ bestehen, die zusammengehalten werden. Mineralische Materialien sind in der Regel polykristallin: Man kann sie als ein 3D-Mosaik aus kleinen, unregelmäßig geformten, defekten Kristallen beschreiben. Organische Materialien bestehen in der Regel aus Fasern oder Zellen, mit ihren Membranen und ihrer komplexen inneren Struktur. Jede Grenzfläche, Inhomogenität oder Unvollkommenheit kann das Licht ablenken, reflektieren oder streuen und so den oben beschriebenen Mechanismus reproduzieren.
Nur wenige Materialien verursachen keine diffuse Reflexion: Dazu gehören Metalle, die kein Licht durchlassen, Gase, Flüssigkeiten, Glas und transparente Kunststoffe (die eine flüssigkeitsähnliche amorphe mikroskopische Struktur haben), Einkristalle wie einige Edelsteine oder ein Salzkristall und einige sehr spezielle Materialien wie die Gewebe, aus denen die Hornhaut und die Linse eines Auges bestehen. Diese Materialien können jedoch diffus reflektieren, wenn ihre Oberfläche mikroskopisch rau ist, wie bei einem Reifglas (Abbildung 2), oder natürlich, wenn sich ihre homogene Struktur verschlechtert, wie beim Katarakt der Augenlinse.
Eine Oberfläche kann auch sowohl eine spiegelnde als auch eine diffuse Reflexion aufweisen, wie z. B. bei glänzenden Farben, wie sie in der Malerei verwendet werden, die auch einen Teil der spiegelnden Reflexion zeigen, während matte Farben fast ausschließlich diffuse Reflexion zeigen.
Die meisten Materialien können eine gewisse spiegelnde Reflexion zeigen, vorausgesetzt, ihre Oberfläche kann poliert werden, um Unregelmäßigkeiten zu beseitigen, die mit der Wellenlänge des Lichts vergleichbar sind (ein Bruchteil eines Mikrometers). Je nach Material und Oberflächenrauhigkeit kann die Reflexion überwiegend spiegelnd, überwiegend diffus oder irgendwo dazwischen sein. Bei einigen Materialien wie Flüssigkeiten und Gläsern fehlen die inneren Unterteilungen, die den oben beschriebenen Mechanismus der Streuung unter der Oberfläche bewirken, so dass nur spiegelnde Reflexion auftritt. Von den gebräuchlichen Materialien können nur polierte Metalle das Licht mit hoher Effizienz spiegelnd reflektieren, wie Aluminium oder Silber, die üblicherweise für Spiegel verwendet werden. Alle anderen gängigen Materialien, selbst wenn sie perfekt poliert sind, ergeben in der Regel nicht mehr als ein paar Prozent spiegelnde Reflexion, außer in besonderen Fällen wie der Streiflichtreflexion eines Sees oder der Totalreflexion eines Glasprismas, oder wenn sie in bestimmten komplexen Konfigurationen strukturiert sind, wie die silberne Haut vieler Fischarten oder die reflektierende Oberfläche eines dielektrischen Spiegels. Die diffuse Reflexion kann, wie bei weißen Materialien, aufgrund der Aufsummierung der vielen Reflexionen unter der Oberfläche sehr effizient sein.