Kun valonsäde kulkee vedestä ilmaan, säde taittuu normaalista poispäin. Tällaisessa tilanteessa voi tapahtua valon kokonaisheijastuminen, jos tulokulma on riittävän suuri. Kokonaisheijastuksessa taittunut säde on taittunut niin paljon, ettei se enää taitukaan vaan se heijastuu takaisin. Kokonaisheijastuksen rajakulma on vesi-ilma rajapinnan tapauksessa 49 astetta. Lasi-ilma rajapinnan kohdalla rajakulman suuruus on 42 astetta.

Kokonaisheijastuksessa kaikki valo heijastuu takaisin veteen samassa kulmassa heijastuslain mukaisesti.

Kokonaisheijastusta käytetään hyödyksi esimerkiksi optisessa kuidussa eli valokuidussa. Valokuitua käytetään tietoliikenneyhteyksien rakentamisessa. Kuitua pitkin saadaan siirrettyä paljon tietoa suurella nopeudella. Tällainen yhteys on nopeampi kuin kuparilankoja pitkin kulkeva yhteys.



Valokuitua odottamassa maahan kaivamista. Kuparilankaa pitkin kulkeneita internetliittymiä korvataan nopeammalla valokuituyhteydellä.

Yläpuolisissa kuvissa näkyy valokuidun oikea rakenne. Alapuoleisessa on selitetty sen toiminta. 



Prismojen käyttö valon ohjaamisessa perustuu kokonaisheijastukseen. Esimerkiksi monissa kiikareissa valoa ohjataan prismojen avulla. Kovan, muovisen heijastimen toiminta perustuu kokonaisheijastukseen. Auton valo kokonaisheijastuu heijastimen sisäpinnasta, joka on muodoltaan kuin prisma. Perinteisessä heijastimessa valo kokonaisheijastuu takaisin. Luonnossa havaittavia kokonaisheijastumiseen perustuvia ilmiöitä ovat esimerkiksi sateenkaari ja kangastus.



Heijastimeen (kuvassa poikkileikkaus heijastimesta) saapuva auton valo kokonaisheijastuu heijastimen pinnasta takaisin kohti autoilijaan. Siten autoilija havaitsee pimeässä kulkevan henkilön.



Kuva on otettu veden alta. Kokonaisheijastuksen takia vain ympyrän muotoinen osa veden pinnan yläpuolisesta näkymästä on havaittavissa. Kuvassa näkyy osa ympyrän alasta. Rajan ulkopuolella (kuvan alaosa) veden pinta heijastaa kuten peilit.