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.