A refração é responsável por muitos fenômenos que podemos observar no nosso cotidiano. Sempre que vemos um pôr do sol, por exemplo, vemos o disco solar por vários minutos logo que ele se põe além do horizonte.
A atmosfera terrestre é rarefeita em grandes altitudes; e densa em baixas altitudes. Esse fato faz com que ocorra a curvatura da luz na atmosfera. A densidade é uma propriedade física que está ligada diretamente ao índice de refração. Pelo fato de a atmosfera não ser homogênea, temos uma variação no índice de refração dela, causando assim a curvatura da luz solar.
De forma semelhante, quando a luz das estrelas entra na atmosfera terrestre, encontra camadas de ar cada vez mais densas e, como consequência, índices de refração também cada vez maiores, fazendo com que enxerguemos as estrelas mais elevadas.
Outro fenômeno proveniente da refração atmosférica é a miragem. Ocorre geralmente em desertos e também em asfaltos de rodovias em dias quentes. Os raios de luz que se dirigem para o chão encontram camadas de ar cada vez mais quentes (portanto, menos densas) e com menor índice de refração.
Esses raios de luz sofrem refração, afastando-se da reta normal até sofrerem reflexão total. Quando chegam aos nossos olhos, dão a impressão de estarem saindo do chão, e vemos, em consequência da agitação do ar, uma imagem embaralhada fazendo com que o chão pareça estar molhado.
Por fim, podemos citar outro fenômeno que está diretamente associado à refração, o arco-íris. Para que ocorra um arco-íris é necessário que a luz do Sol incida em gotículas de água em suspensão na atmosfera, durante ou após a chuva.
Quando a luz branca do Sol penetra em uma gota de água, ela se refrata sofrendo dispersão. O feixe colorido que sofreu a dispersão será refletido na superfície interna da gota e, ao emergir, refrata-se novamente, o que causa uma dispersão ainda maior nas cores que compõem a luz branca.
Quando uma pessoa vê um arco-íris, cada cor provém de uma gota diferente: o vermelho que é a cor menos desviada provém das gotas mais altas, enquanto o violeta, que é a cor mais desviada, provém das gotas mais baixas.