Uno dei più fantastici effetti della riflessione totale è il ben noto fenomeno del miraggio. La conoscenza antica impregnava di significati magnifici questa manifestazione ottica che invece è scientificamente spiegabile. Lo stupore e l'incomprensione erano comunque giustificabili dal momento che questo fenomeno crea immagini illusorie. Esistono vari tipi di miraggio: inferiore, superiore, multiplo. Il primo tipo di miraggio tra quelli elencati è visibile lungo le strade asfaltate durante giornate molto calde o nel deserto, dove i termometri arrivano a toccare punte massime.

Infatti i nomadi che attraversano il deserto hanno talvolta la visione di un' oasi che si rispecchia nelle limpide acque di un laghetto. E' certamente deludente lo svanire di questa illusione via via che ci si avvicina al luogo dove ci si aspettava di trovare un certo refrigerio. Infatti la sabbia del deserto, arroventata dal sole, scalda gli strati d'aria ad essa immediatamente contigui, cosicché la fascia di aria compresa fra la sabbia e un oggetto come per esempio l'estremità di una palma ha temperatura via via decrescente. Gli strati d'aria più caldi sono perciò quelli più vicini al terreno e, data la loro elevata temperatura, hanno densità minore rispetto agli strati meno caldi. A densità minore corrisponde una rifrangenza minore. Quando un raggio luminoso parte dalla cima della palma diretto verso il basso, esso subisce una deviazione man mano che incontra gli strati meno rifrangenti, finché l'inclinazione del raggio raggiunge e supera l'angolo limite, ed è diretto verso l'alto. Se il raggio, dopo questa traiettoria, incontra un osservatore, questi avrà l'impressione che esso abbia compiuto un cammino in linea retta, per cui scorgerà la palma e la sua immagine come se fosse riflessa in uno specchio d'acqua.

Il miraggio superiore invece viene percepito quando accade la situazione inversa, cioè quando gli strati più bassi dell'atmosfera subiscono un brusco e anomalo raffreddamento o quando uno strato di aria calda si inserisce in una zona di aria molto più fredda. La situazione è perciò opposta a quella del miraggio inferiore, e di conseguenza l'immagine illusoria verrà vista in alto, come sospesa in cielo anziché in basso. Questo effetto può prodursi su distese d'acqua fredda o su grandi superfici gelate, come per esempio al Circolo Polare Articolo.

Il miraggio multiplo è comunemente chiamata Fata Morgana, osservabile in certe condizioni meteorologiche nello Stretto di Messina e in una regione centro-orientale degli Stati Uniti, nota come regione dei Grandi Laghi. Il fenomeno è l'inverso del miraggio ( in questo caso, la densità dell'aria aumenta dal basso verso l'alto): una irregolare distribuzione degli indici di rifrazione in vari strati dell'aria fa sì che i raggi luminosi provenienti da uno stesso punto vengano deviati in varie direzioni.

Si vedrà così apparire, al di sopra del mare e riflessa sull'acqua, l'immagine della costa siciliana sospesa in aria. Per questo la fantasiosa credenza popolare ha attribuito alle strane visione ottiche l'intervento magico della fata.Per quanto riguarda invece gli strumenti creati dall'uomo che sfruttano la riflessione totale è interessante parlare delle fibre ottiche. L'invenzione delle fibre ottiche è da inquadrarsi nel periodo intorno agli anni '70 a seguito di una intensa ricerca scientifica che si svolse in particolare negli USA e nell'URSS contemporaneamente, anche se separatamente, e spesso in concorrenza per motivi politici e militari. Le fibre ottiche sono dei sottilissimi fili di vetro, talora di plastica, ma comunque molto trasparenti alla luce, a sezione cilindrica, flessibili, con uno svariatissimo campo di applicazioni nei settori della medicina, dell'astronomia, delle telecomunicazioni, e perfino dell'arredamento. In medicina, ad esempio, sono usate per l'artroscopia che consente di vedere su di un monitor all'interno delle articolazioni ossee senza effettuare alcuna operazione chirurgica; per esaminare il funzionamento del cuore nel suo interno senza aprirlo, cosa impensabile in altri tempi. Nel campo delle telecomunicazioni, sono usate come canali di comunicazione privilegiati ad alta velocità, sfruttate soprattutto per i bassi costi e la bassissima attenuazione, possono cioè esserci tratti di più di 100 km lungo i quali non è necessaria la presenza di amplificatori.

Le prestazioni delle fibre ottiche sono di gran lunga superiori a quelle dei cavi coassiali che le hanno precedute nello stesso impiego fino a venti anni fa; infatti sono in grado, ad esempio, di trasferire 12000 telefonate contemporaneamente in una sola fibra. Sono costituite da una parte centrale detta core (nucleo) e da una parte esterna detta cladding (mantello) e realizzate in silice, che è il costituente principale del comune vetro, e da una guaina protettiva come indicato in figura.

Il principio di funzionamento della fibra ottica sta nel fatto che il segnale luminoso, una volta immesso nella fibra, vi rimane intrappolato se l'angolo con il quale il raggio è immesso in fibra è inferiore ad un valore detto angolo di accettazione che garantisce che all'interno vi sarà riflessione totale e mai rifrazione. Si definisce dunque angolo di accettazione l'angolo massimo entro cui deve essere immesso il raggio ottico all'interno della fibra in modo che sia garantita la propagazione per riflessioni interne senza rifrazione esterna verso il cladding.

Questi impulsi vengono quindi immessi nella fibra ottica ad una estremità e, attraverso riflessioni successive, arrivano all'altra estremità come indicato nella figura seguente.

Inizialmente per la trasmissione in fibra si utilizzava la luce visibile, anche perché veniva più semplice lavorare con raggi visibili piuttosto che con raggi invisibili, ma successivamente, nel tentativo continuo della tecnica di migliorare le prestazioni dei sistemi di telecomunicazioni, si effettuarono esperimenti con raggi ultravioletti ed infrarossi, e si osservò che l'attenuazione degli infrarossi era minore di quella della luce visibile all'interno delle fibre ottiche.

Ma la riflessione totale trova applicazione anche per quanto riguarda i prismi ottici. Esistono due tipi di prismi a riflessione totale:quello con angoli 45°-45°-90° e quello di Amici. Il primo viene utilizzato in quanto l'angolo limite dal vetro all'aria, se si assume come indice di rifrazione assoluto del vetro 1.5, è di 42°, angolo inferiore a 45°, il che permette di ottenere riflessione totale della luce. Il vantaggio consiste nel fatto che la luce viene riflessa al 100%, cosa che non accade con superfici come il metallo.

è grazie a questo tipo di prisma che si è potuti arrivare alla costruzione dei periscopi, strumenti importanti per le osservazioni effettuate da posizioni nascoste, come per esempio dai sottomarini. Nel periscopio sono presenti almeno due prismi collocati in modo tale che il raggio uscente dal primo arrivi al secondo, opportunamente inclinato, e possa farlo riuscire in direzione perpendicolare rispetto al raggio in entrata.

Il prisma di Amici presenta invece la faccia che funge da ipotenusa formata da due facce che si intersecano tra loro formando anch'esse un diedro retto.