Reflexão difusa de sólidos geralmente não é devida à aspereza da superfície. Uma superfície plana é realmente necessária para dar reflexão especular, mas isso não impede a reflexão difusa. Um pedaço de mármore branco altamente polido permanece branco; nenhuma quantidade de polimento o transformará em um espelho. O polimento produz alguma reflexão especular, mas a luz restante continua a ser difusamente reflectida.
O mecanismo mais geral pelo qual uma superfície dá reflexão difusa não envolve exactamente a superfície: a maior parte da luz é contribuída por centros de dispersão sob a superfície, como ilustrado na Figura 1.Se imaginarmos que a figura representa a neve, e que os polígonos são seus cristais (transparentes) de gelo, um raio impingente é parcialmente refletido (alguns por cento) pela primeira partícula, entra nela, é novamente refletido pela interface com a segunda partícula, entra nela, colide com a terceira, e assim por diante, gerando uma série de raios “primários” dispersos em direções aleatórias, que, por sua vez, através do mesmo mecanismo, geram um grande número de raios “secundários” dispersos, que geram raios “terciários”, e assim por diante. Todos esses raios percorrem os cristais de neve, que não absorvem a luz, até chegarem à superfície e saírem em direções aleatórias. O resultado é que a luz que foi enviada é devolvida em todas as direções, de modo que a neve é branca apesar de ser feita de material transparente (cristais de gelo).
Para simplificar, “reflexos” são aqui falados, mas mais geralmente a interface entre as pequenas partículas que constituem muitos materiais é irregular em uma escala comparável com o comprimento de onda da luz, então a luz difusa é gerada em cada interface, em vez de um único raio refletido, mas a história pode ser contada da mesma maneira.
Este mecanismo é muito geral, porque quase todos os materiais comuns são feitos de “pequenas coisas” mantidas juntas. Os materiais minerais são geralmente policristalinos: pode-se descrevê-los como feitos de um mosaico 3D de pequenos cristais defeituosos, de forma irregular. Os materiais orgânicos são geralmente compostos por fibras ou células, com suas membranas e sua complexa estrutura interna. E cada interface, não homogênea ou imperfeita pode desviar, refletir ou dispersar a luz, reproduzindo o mecanismo acima.
Poucos materiais não causam reflexão difusa: entre eles estão os metais, que não permitem a entrada de luz; gases, líquidos, vidro e plásticos transparentes (que têm uma estrutura amorfa microscópica líquida); monocristais, como algumas gemas ou um cristal de sal; e alguns materiais muito especiais, como os tecidos que fazem a córnea e a lente de um olho. Estes materiais podem reflectir difusamente, contudo, se a sua superfície for microscopicamente áspera, como num vidro gelado (Figura 2), ou, claro, se a sua estrutura homogénea se deteriorar, como nas cataratas do cristalino.
Uma superfície também pode exibir reflexão especular e difusa, como é o caso, por exemplo, de tintas brilhantes como as usadas na pintura doméstica, que dão também uma fração da reflexão especular, enquanto as tintas foscas dão quase exclusivamente reflexão difusa.
A maioria dos materiais pode dar alguma reflexão especular, desde que sua superfície possa ser polida para eliminar irregularidades comparáveis com o comprimento de onda da luz (uma fração de um micrômetro). Dependendo do material e da rugosidade da superfície, a reflexão pode ser mais especular, mais difusa, ou em qualquer parte do meio. Alguns materiais, como líquidos e vidros, carecem das subdivisões internas que produzem o mecanismo de dispersão subsuperficial descrito acima, e assim dão apenas reflexão especular. Entre os materiais comuns, apenas os metais polidos podem refletir a luz especularmente com alta eficiência, como no alumínio ou prata normalmente usados em espelhos. Todos os outros materiais comuns, mesmo quando perfeitamente polidos, geralmente não dão mais do que alguns por cento de reflexão especular, exceto em casos particulares, como a reflexão do ângulo de pastagem por um lago, ou o reflexo total de um prisma de vidro, ou quando estruturados em certas configurações complexas, como a pele prateada de muitas espécies de peixes ou a superfície refletiva de um espelho dielétrico. A reflexão difusa pode ser altamente eficiente, como nos materiais brancos, devido à soma dos muitos reflexos subsuperficiais.