มุมวิกฤต คือมุมอุบัติการณ์เบื้องต้น ของการเกิดการสะท้อนกลับทั้งหมด มุมตกกระทบที่เกิดการสะท้อนกลับทั้งหมดจะถูกวัดเทียบกับมุมตกกระทบที่เกิดเหตุการณ์ปกติ ที่เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลางเมื่อพิจารณาลำแสงที่ผ่านจาก แก้ว ไปสู่ อากาศ ในเหตุการณ์ปกติแสงจะผ่านออกไปสู่อากาศ แต่เมื่อ มุมตกกระทบเพิ่มขึ้นอย่างเพียงพอ มุมที่แสงผ่านออก จะเพิ่มขึ้นไปถึง มุมตั้งฉาก คือ ที่ตำแหน่ง 90องศา ณ จุดนี้จะไม่มีแสงผ่านออกไปสู่อากาศ อีกต่อไป จึงเรียกมุมนี้ว่า มุมวิกฤตมุมวิกฤต θ c {\displaystyle \theta _{c}} ตามกฎของสเนลล์:

นำกฎของสเนลล์มาจัดเรียงใหม่ เราจะได้ sin ⁡ θ i = n 2 n 1 sin ⁡ θ t {\displaystyle \sin \theta _{i}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}\sin \theta _{t}} เพื่อหามุมวิกฤต เราทำการหาค่าของ θ i {\displaystyle \theta _{i}} เมื่อ sin ⁡ θ t = 90 ∘ {\displaystyle \sin \theta _{t}=90{}^{\circ }} ผลลัพธ์ที่ได้คือค่าของ θ i {\displaystyle \theta _{i}} ซึ่งเท่ากับ มุมวิกฤต θ c {\displaystyle \theta _{c}} และเราสามารถแทนค่า θ i {\displaystyle \theta _{i}} เราจะได้สูตรในการหาค่ามุมวิฤตเป็นดังนี้: θ c = θ i = arcsin ⁡ ( n 2 n 1 ) {\displaystyle \theta _{c}=\theta _{i}=\arcsin \left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right)}

เมื่อมุมตกกระทบมีค่าเท่ากับมุมวิกฤตพอดี ลำแสงสะท้อนจะตั้งฉากกับ เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง เพื่อการยกตัวอย่าง ลำแสงที่มองเห็นได้ เดินทางผ่าน แผ่นอะคริลิก (ที่มีค่าดัชหักเหเท่ากับ 1.50) เข้าไปสู่อากาศ (ที่มีค่าดัชนีหักเหเท่ากับ 1.00). การคำนวณหาค่าของมุมวิกฤต สำหรับตัวกลาง อะคลีลิก ไปสู่ อากาศ ทำได้ดังนี้

θ c = arcsin ⁡ ( 1.00 / 1.50 ) = 41.8 ∘ {\displaystyle \theta _{c}=\arcsin \left(1.00/1.50\right)=41.8{}^{\circ }}

ลำแสงตกกระทบที่ เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง ถ้ามีค่าน้อยกว่า 41.8° จะเกิดปรากฏการณ์ ส่องผ่านบางส่วนสะท้อนบางส่วน แต่เมื่อมุมตกกระทบมีค่ามากกว่า 41.8° จะเกิดปรากฏการณ์ สะท้อนกลับทั้งหมด จะไม่มีแสงส่องผ่านไปยังอากาศเลย

ถ้าค่าเศษส่วน: n 2 n 1 {\displaystyle {\frac {n_{2}}{n_{1}}}} มีค่ามากกว่า 1 การคำนวณหา arcsine จะไม่สามารถทำได้ ในความหมายนี้คือจะไม่มีทางเกิด การสะท้อนกลับทั้งหมด ไม่ว่ามุมตกกระทบนั้นจะมีค่ามากแค่ไหน หรือน้อยแค่ไหนก็จะไม่เกิด ปรากฏการณ์สะท้อนกลับทั้งหมด

ดังนั้นมุมวิกฤต จะมีค่าก็ต่อเมื่อ n 2 n 1 {\displaystyle {\frac {n_{2}}{n_{1}}}} มีค่าน้อยกว่า 1