La riflessione diffusa dai solidi non è generalmente dovuta alla rugosità della superficie. Una superficie piatta è infatti necessaria per dare la riflessione speculare, ma non impedisce la riflessione diffusa. Un pezzo di marmo bianco altamente lucidato rimane bianco; nessuna quantità di lucidatura lo trasformerà in uno specchio. La lucidatura produce un po’ di riflessione speculare, ma la luce rimanente continua ad essere riflessa diffusamente.
Il meccanismo più generale con cui una superficie dà una riflessione diffusa non coinvolge esattamente la superficie: la maggior parte della luce contribuisce da centri di dispersione sotto la superficie, come illustrato nella figura 1.Se si immagina che la figura rappresenti la neve, e che i poligoni siano i suoi cristalli di ghiaccio (trasparenti), un raggio impattante viene parzialmente riflesso (qualche percento) dalla prima particella, entra in essa, viene nuovamente riflesso dall’interfaccia con la seconda particella, entra in essa, impatta sulla terza, e così via, generando una serie di raggi dispersi “primari” in direzioni casuali, che a loro volta, attraverso lo stesso meccanismo, generano un gran numero di raggi dispersi “secondari”, che generano raggi “terziari”, e così via. Tutti questi raggi attraversano i cristalli di neve, che non assorbono la luce, fino ad arrivare alla superficie e uscire in direzioni casuali. Il risultato è che la luce che è stata mandata fuori viene restituita in tutte le direzioni, così che la neve è bianca nonostante sia fatta di materiale trasparente (cristalli di ghiaccio).
Per semplicità, qui si parla di “riflessioni”, ma più in generale l’interfaccia tra le piccole particelle che costituiscono molti materiali è irregolare su una scala paragonabile alla lunghezza d’onda della luce, quindi la luce diffusa si genera ad ogni interfaccia, piuttosto che un singolo raggio riflesso, ma la storia può essere raccontata allo stesso modo.
Questo meccanismo è molto generale, perché quasi tutti i materiali comuni sono fatti di “piccole cose” tenute insieme. I materiali minerali sono generalmente policristallini: si possono descrivere come fatti di un mosaico 3D di piccoli cristalli difettosi di forma irregolare. I materiali organici sono generalmente composti da fibre o cellule, con le loro membrane e la loro complessa struttura interna. E ogni interfaccia, disomogeneità o imperfezione può deviare, riflettere o disperdere la luce, riproducendo il meccanismo di cui sopra.
Pochi materiali non causano riflessione diffusa: tra questi ci sono i metalli, che non permettono alla luce di entrare; i gas, i liquidi, il vetro e le plastiche trasparenti (che hanno una struttura microscopica amorfa liquida); i cristalli singoli, come alcune gemme o un cristallo di sale; e alcuni materiali molto speciali, come i tessuti che costituiscono la cornea e la lente di un occhio. Questi materiali possono riflettere diffusamente, tuttavia, se la loro superficie è microscopicamente ruvida, come in un vetro ghiacciato (Figura 2), o, naturalmente, se la loro struttura omogenea si deteriora, come nella cataratta del cristallino.
Una superficie può anche esibire sia la riflessione speculare che quella diffusa, come è il caso, per esempio, delle vernici lucide come quelle usate nella pittura domestica, che danno anche una frazione di riflessione speculare, mentre le vernici opache danno quasi esclusivamente una riflessione diffusa.
La maggior parte dei materiali può dare una certa riflessione speculare, a condizione che la loro superficie possa essere lucidata per eliminare irregolarità comparabili alla lunghezza d’onda della luce (una frazione di micrometro). A seconda del materiale e della rugosità della superficie, la riflessione può essere prevalentemente speculare, prevalentemente diffusa, o in qualsiasi punto intermedio. Alcuni materiali, come i liquidi e i vetri, mancano delle suddivisioni interne che producono il meccanismo di diffusione subsuperficiale descritto sopra, e quindi danno solo una riflessione speculare. Tra i materiali comuni, solo i metalli lucidi possono riflettere la luce specularmente con alta efficienza, come l’alluminio o l’argento usati di solito negli specchi. Tutti gli altri materiali comuni, anche quando sono perfettamente lucidati, di solito danno non più di un paio di per cento di riflessione speculare, tranne in casi particolari, come la riflessione ad angolo radente da un lago, o la riflessione totale di un prisma di vetro, o quando strutturato in alcune configurazioni complesse come la pelle argentea di molte specie di pesci o la superficie riflettente di uno specchio dielettrico. La riflessione diffusa può essere molto efficiente, come nei materiali bianchi, a causa della somma delle molte riflessioni subsuperficiali.