Двойно́е лучепреломле́ние — раздвоение пучка света при прохождении через анизотропную среду (например, в кристалле) на две волны, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; происходит вследствие зависимости показателя преломления среды от направления напряженности электрического поля световой волны. Двойное лучепреломление было впервые обнаружено и описано профессором Копенгагенского университета Э. Бартолином в 1669 году в кристалле исландского шпата. Если световой пучок падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то он распадается на два пучка, один из которых продолжает путь без преломления, как и в изотропной среде, другой же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света.
Соответственно лучи первого пучка называются обыкновенными, второго — необыкновенными. Угол, образуемый обыкновенным и необыкновенным лучами, называется углом двойного лучепреломления. Если в случае перпендикулярного падения пучка поворачивать кристалл вокруг пучка, то след обыкновенного луча остается на месте, в центре, а след необыкновенного луча вращается по кругу. Двойное лучепреломление можно наблюдать и при наклонном падении пучка света на поверхность кристалла. В исландском шпате существует только одно направление, вдоль которого не происходит двойное лучепреломление. Оно называется оптической осью кристалла, а такие кристаллы — одноосными.