Опыт показывает, что угол поворота плоскости поляризации для оптически активных кристаллов и чистых жидкостей

                                                 ,                                                        (1а)
для оптически активных растворов

                                              ,                                                     (1б)
где d – расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе, a – коэффициент ([ a] – называется удельным вращением), равный углу поворота поляризации света слоем вещества единичной толщины (и единичной концентрации – для растворов), C – массовая концентрация оптически активного вещества в растворе. Удельное вращение зависит (кроме природы вещества) от температуры и длины волны света в вакууме.

Оптически активные вещества в зависимости от направления вращения плоскости поляризации разделяются на право - и левовращающие. В первом случае плоскость поляризации, если смотреть навстречу лучу, вращается вправо (по часовой стрелке), во втором – влево (против часовой стрелки). Направление вращения не зависит от направления луча. Поэтому, если луч, прошедший через оптически активный кристалл, отразить зеркалом в обратном направлении, то восстановится положение плоскости поляризации.

Френель предположил, что явление вращения поляризации сводится к особому типу двойного лучепреломления: причиной вращения является различие в скорости распространения левого и правого циркулярно поляризованного света. При этом для правых веществ большее значение имеет скорость правокруговой волны  (), а для левых веществ – наоборот  ().

Плоско поляризованный свет можно представить как суперпозицию двух циркулярно поляризованных волн, правой и левой, с одинаковой частотой и амплитудой. Предположим, что две такие волны распространяются в направлении оси z. Результирующую волну можно представить уравнением

                  .
Действительную часть этого выражения рассматриваем как x составляющую светового вектора, мнимую – как y составляющую. При распространении в оптически неактивной среде  и волна описывается уравнением

                                      ,
т.е. является плоско поляризованной.

При распространении в оптически активной среде направление колебаний светового вектора меняется по закону

                               .
Следовательно, при прохождении в веществе пути l происходит поворот плоскости поляризации на угол

                            .                                    (2)
Формула (2) показывает, что в веществах, для которых  плоскость поляризации поворачивается влево, а в веществах, для которых  – вправо.

Оптически неактивные вещества приобретают способность вращать плоскость поляризации под действием магнитного поля. Это явление называется эффектом Фарадея. Оно наблюдается только при распространении света вдоль направления намагниченности. Угол поворота плоскости поляризации света

                                                ,                                                         (3)
где коэффициент V называется постоянной Верде, l – длина пути, H – напряженность магнитного поля.

Направление вращения определяется направлением магнитного поля. Поэтому, если отразить луч зеркалом в обратном направлении, то поворот плоскости поляризации удвоится по сравнению с однократным прохождением.