内反射是光从高折射率介质向低折射率介质传播时，当入射角超过临界角发生的全反射现象。该现象在光纤通信中被广泛应用，通过纤芯与包层界面的连续全内反射实现低损耗光传输。伴随全内反射产生的倏逝波具有穿透界面并指数衰减的特性，此特性被应用于近场光学显微镜实现纳米级成像，并为光波导间能量传递提供理论支撑。

当光线从折射率较高的介质（如玻璃）向折射率较低的介质（如空气）传播时，若入射角超过由介质折射率比值决定的临界角θ_c（θ_c=arcsin(n_2/n_1)），将发生完全反射。此时光线能量全部返回原介质，不发生折射透射。

临界角计算实例：当光从玻璃（n_1=1.5）射向空气（n_2=1.0）时，临界角θ_c≈41.8°。若入射角超过临界角，则发生全内反射。

全内反射发生时，电磁场以倏逝波形式穿透界面进入低折射率介质，其电场强度(z)=E_0e^{-z/d}$随深度z指数衰减，穿透深度d约为光波长量级。这种非传播波在近场扫描光学显微镜中被用作探测手段，通过收集倏逝波与样品相互作用产生的信号，实现突破衍射极限的超分辨率成像。

光纤通信系统利用全内反射原理构建传输通道，典型单模光纤由高折射率纤芯和低折射率包层构成，光在纤芯-包层界面经历多次全内反射实现传输。据2009年数据显示，该技术使光纤传输损耗降至0.2dB/km以下。

1980年代发展的全内反射荧光显微术可选择性激发样品表面200nm区域，显著降低背景噪声，广泛应用于细胞膜动力学研究。该技术利用全内反射时产生的倏逝波特性，其物理基础是光从光密介质以大于临界角入射到光疏介质时发生的完全反射现象。受抑全内反射（FTIR）技术通过在界面附近引入第三介质，使部分光隧穿进入第三介质，该效应被用于构建光学开关和位移传感器。

1842年瑞士物理学家Daniel Colladon首次用水流引导光线，验证全内反射现象。1884年，英国工程师John Tyndall制成首台全内反射演示装置，验证了光在弯曲玻璃棒中的传输特性。1966年高锟提出低损耗光纤理论模型，奠定现代光纤通信基础。

红外多次内反射光谱技术通过使红外光在样品内经历多次全内反射，增强与物质的相互作用，特别适用于不透明或厚样品（如高分子材料）的成分分析。该技术检测深度与入射角、反射次数相关，典型参数为25次反射可检测表面5μm深度。