La reflexión difusa a partir de sólidos no se debe generalmente a la rugosidad de la superficie. En efecto, una superficie plana es necesaria para dar la reflexión especular, pero no impide la reflexión difusa. Un trozo de mármol blanco muy pulido sigue siendo blanco; ningún pulido lo convertirá en un espejo. El pulido produce cierta reflexión especular, pero el resto de la luz sigue reflejándose de forma difusa.
El mecanismo más general por el que una superficie da lugar a una reflexión difusa no implica exactamente la superficie: la mayor parte de la luz es aportada por los centros de dispersión que se encuentran bajo la superficie, como se ilustra en la figura 1.Si imagináramos que la figura representa la nieve, y que los polígonos son sus cristalitos de hielo (transparentes), un rayo que incide es parcialmente reflejado (un tanto por ciento) por la primera partícula, entra en ella, vuelve a ser reflejado por la interfaz con la segunda partícula, entra en ella, incide en la tercera, y así sucesivamente, generando una serie de rayos dispersos «primarios» en direcciones aleatorias, que, a su vez, por el mismo mecanismo, generan un gran número de rayos dispersos «secundarios», que generan rayos «terciarios», y así sucesivamente. Todos estos rayos recorren los cristalitos de la nieve, que no absorben la luz, hasta llegar a la superficie y salir en direcciones aleatorias. El resultado es que la luz que fue enviada es devuelta en todas las direcciones, por lo que la nieve es blanca a pesar de estar hecha de material transparente (cristales de hielo).
Para simplificar, se habla aquí de «reflexiones», pero en general la interfaz entre las pequeñas partículas que constituyen muchos materiales es irregular a una escala comparable con la longitud de onda de la luz, por lo que se genera luz difusa en cada interfaz, en lugar de un único rayo reflejado, pero la historia puede contarse de la misma manera.
Este mecanismo es muy general, porque casi todos los materiales comunes están hechos de «cosas pequeñas» unidas. Los materiales minerales son generalmente policristalinos: se pueden describir como hechos de un mosaico 3D de pequeños cristales defectuosos de forma irregular. Los materiales orgánicos suelen estar compuestos por fibras o células, con sus membranas y su compleja estructura interna. Y cada interfaz, inhomogeneidad o imperfección puede desviar, reflejar o dispersar la luz, reproduciendo el mecanismo anterior.
Pocos materiales no provocan reflexión difusa: entre ellos están los metales, que no permiten la entrada de luz; los gases, los líquidos, el vidrio y los plásticos transparentes (que tienen una estructura microscópica amorfa parecida a la de un líquido); los cristales individuales, como algunas gemas o un cristal de sal; y algunos materiales muy especiales, como los tejidos que forman la córnea y el cristalino de un ojo. Sin embargo, estos materiales pueden reflejar de forma difusa si su superficie es microscópicamente rugosa, como en un cristal de escarcha (Figura 2), o, por supuesto, si su estructura homogénea se deteriora, como en las cataratas del cristalino.
Una superficie también puede presentar tanto reflexión especular como difusa, como es el caso, por ejemplo, de las pinturas brillantes como las utilizadas en la pintura doméstica, que dan también una fracción de reflexión especular, mientras que las pinturas mates dan casi exclusivamente reflexión difusa.
La mayoría de los materiales pueden dar algo de reflexión especular, siempre que su superficie pueda ser pulida para eliminar irregularidades comparables a la longitud de onda de la luz (una fracción de micrómetro). Dependiendo del material y de la rugosidad de la superficie, la reflexión puede ser mayoritariamente especular, mayoritariamente difusa, o en cualquier punto intermedio. Algunos materiales, como los líquidos y los vidrios, carecen de las subdivisiones internas que producen el mecanismo de dispersión subsuperficial descrito anteriormente, por lo que sólo ofrecen reflexión especular. Entre los materiales comunes, sólo los metales pulidos pueden reflejar la luz de forma especular con gran eficacia, como en el caso del aluminio o la plata que suelen utilizarse en los espejos. Todos los demás materiales comunes, incluso cuando están perfectamente pulidos, no suelen dar más que un pequeño porcentaje de reflexión especular, excepto en casos particulares, como la reflexión en ángulo rasante de un lago, o la reflexión total de un prisma de vidrio, o cuando están estructurados en ciertas configuraciones complejas, como la piel plateada de muchas especies de peces o la superficie reflectante de un espejo dieléctrico. La reflexión difusa puede ser muy eficaz, como en los materiales blancos, debido a la suma de las numerosas reflexiones subsuperficiales.