由材料原因或生产过程形成的应力会使材料的结构发生形变，从而沿轴向产生了局部密度差异。光在介质中的传播速度与材料密度有关，局部密度的变化导致了光在介质中传播时的速度差异，以及与方向相关的折射率的改变。应力双折射是介质在应力的作用下产生的双折射现象。

除了光学上各向同性的材料外，也存在着许多自然形成的光学各向异性材料，如方解石和石英晶体。在机械应力的作用下也能看到折射率的变化，这些变化造成晶体材料的损伤。甚至在局部折射率的微小变化也会对光学元件的成像质量产生负面影响，从而影响其功能。此外，双折射改变了透射光的偏振状态，在光学材料及元件的制造中，精确确定应力双折射及其空间分布是极其重要的。

在工程上，可用应力双折射效应观察各力学结构的应力分布，可用各向同性透明的应力光敏材料做成缩小的模型，在正交偏振器间观察偏振光的干涉图样。也可采用这一方法检查机械零件在加负载状态下的应力分布。利用应力双折射效应可以做成可调的压光补偿器或压光调制器，材料可选用熔融石英或氟化锂。

光学材料应力双折射主要是由于残余应力的存在而引入的双折射现象，应力双折射用单位长度上的光程差来度量。玻璃的应力双折射标准有玻璃中部标准和玻璃边缘标准两种。前者以玻璃块最长边中部单位长度上的光程差表示；后者以距玻璃边缘为5%的直径或边长处各点中最大的单位厚度上的光程差表示。两者均要求光束垂直试样表面入射。光学材料的应力双折射测量方法主要有简易偏光仪法和单1/4波片法。