Les polytechniciens ont eu un rôle déterminant pour asseoir la théorie ondulatoire de l'optique. Ceci est à mettre d'abord au crédit de Fresnel (X 1804) qui, après une série d'expériences sur la diffraction de la lumière, puis sur sa propagation dans des cristaux biréfringents, décrit la lumière comme une onde possédant une périodicité spatiale et temporelle, vibrant transversalement et dont la propagation découle, conformément à des idées de Huygens ignorées depuis 150 ans, de l'émission et de l'interférence d'ondelettes. Cette clarification est préparée ou complétée par d'autres polytechniciens. Ainsi, dès 1808 Malus (X 1794) montre que la polarisation lumineuse est une propriété de la lumière même qu'il est possible d'obtenir par réflexion sur une substance quelconque. Arago (X 1803) établit avec Fresnel la transversalité de la vibration lumineuse en montrant que deux faisceaux polarisés perpendiculairement n'interfèrent pas. Il découvre aussi que certaines substances ont le pouvoir de produire une rotation du plan de polarisation. Biot (X 1794) qui est également connu pour ses travaux sur les forces magnétiques induites par les courants, affine l'analyse du pouvoir rotatoire et en déduit une méthode d'analyse des solutions dotées de ce pouvoir. Il faut également signaler le pouvoir rotatoire induit par un champ magnétique auquel le nom de Verdet (X 1842) est associé. Les résultats de Babinet (X 1810) sur la diffraction, ceux de Sénarmont (X 1826) relatifs aux propriétés optiques de minéraux ou encore les « compensateurs optiques», imaginés par ces deux scientifiques pour produire une polarisation elliptique sont toujours utilisés par les physiciens actuels.

Cornu (X 1860) aborde le domaine nouveau de la spectroscopie optique des atomes dont on sait que les résultats conduiront à l'élaboration de la théorie quantique. Il détermine, beaucoup plus complètement que ses prédécesseurs, la « série de Balmer » de l'atome d'hydrogène, et clarifie le phénomène d'inversion des spectres (dû au fait que les atomes sont susceptibles d'absorber les longueurs d'onde qu'ils émettent). Il est le premier à observer la décomposition d'une raie spectrale en un nombre pair de composantes sous l'effet d'un champ magnétique. Cet effet « Zeeman anormal » sera interprété 50 ans plus tard comme provenant de l'existence du spin de l'électron. Cornu et Deslandres (X 1872) déduisent des mesures spectroscopiques des renseignements sur la rotation du soleil ou des anneaux de Saturne. Enfin, il faut encore citer Fabry (X 1885) et Pérot (X 1882) dont les noms sont réunis dans l'invention d'un interféromètre à miroirs parallèles qui par sa stabilité et son pouvoir de résolution a permis nombre de découvertes en spectroscopie et en astrophysique. Ce sont les propriétés de cet interféromètre qui, alliées à l'existence d'une amplification de la lumière par les atomes du milieu actif d'un laser, déterminent la finesse spectrale et la directivité spatiale remarquables de cet émetteur de lumière, inventé en 1960, aux usages actuels multiples.