要了解光纤线缆是如何工作的，请想像有一根无限长的饮水麦管或柔软的塑料管。例如，想像有一根数公里长的管道。现在，假设管道的内壁覆盖了一层全反射镜。然后，假设您从管道的一端往里看。在数公里远的另一端，您的一位朋友打开手电筒向管道内照射。因为管道内壁是全反射镜，所以手电筒发出的光将在管道内壁上反复反射（即使管道可能扭曲），结果，您将在另一端看到光。如果您的朋友以莫尔斯电码编码方式打开和关闭手电筒，他就可以通过该管道与您通信。这就是光纤线缆的基本原理。
用内部覆盖反射镜的管道制作线缆是可以的，但是这根线缆会非常粗大，并且用全反射镜覆盖管道内壁也很困难。因此，真正的光纤线缆是用玻璃制成的。玻璃极其纯净，即使其长度达数公里长，光仍然可以透射（请想像玻璃是如此透明，以至于数公里厚的窗户看起来仍然很清澈）。人们将玻璃抽成极细的玻璃丝，其厚度与人的头发相仿。然后，在玻璃丝外面包上两层塑料。
通过用塑料包裹玻璃丝，相当于在玻璃丝周围形成了反射镜。这一反射镜产生全内反射，就像管道内部覆盖的全反射镜一样。您可以在黑暗的房间内，利用手电筒和窗户来体验这种反射。如果您用手电筒以90度的角度向窗户照射，光线将直接透过玻璃。但是，如果您以非常小的角度（几乎与玻璃平行）照射，玻璃就将如同反射镜，您会看到光束从窗户反射出来并照射在屋内的墙壁上。光纤内传输的光线正是以这种极小的角度反射，从而完全保持在光纤内部。
为了通过光纤线缆发送电话交谈语音，人们将模拟语音信号转换为数字信号（有关详细信息，请参见模拟录音和数字录音工作原理）。位于管道一端的激光器交替打开和关闭，从而发送每位数据。采用单激光器的现代光纤系统每秒可传输数十亿位数据——激光每秒可打开和关闭数十亿次。最新的系统使用多台具有不同颜色的激光器在同一条光纤中传输多个信号。
现代光纤线缆可以将信号传输很远的距离——可能达到100公里。在长途线路上，每60至100公里就有一个设备箱。箱内的设备拾取信号并将其完好无损地转发到下一段光纤。
在发射端首先把要传输的信息(如话音)变成电信号，然后通过激光器发射到激光束上，光的强度会随电信号的频率一起变化，并通过光纤发射出去，在接收端，检测器受到光信号后把它变成电信号，经过处理后恢复原信息。
光纤内部用玻纤制成的光导纤维，可以把光信号传输到几千公里外，将几百上千根光导纤维组合在一起，制成像电缆一样的光缆，这样既提高了光导纤维的强度，又大大增加了通讯容量。
光在不同物质中的传播速度是不一样的，所以从一种物质射到另一种物质时，两种物质的交界处会发生折射和反射，而且折射光的角度会随入射光的角度变化而变化，当入射光的角度达到或者超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。
光纤靠反射光，让光在光纤中呈Z字形前进。在末端有接收器，再把光信号转换成相应信息，就完成了光纤传输信息。
