Vision et lumière . Étroitement lié aux mathématiques et à la physique, le domaine de l'optique tente de répondre aux questions sur ce que et comment les gens voient. En réfléchissant à ce que les gens voient, les scientifiques musulmans se sont plongés dans le domaine de la philosophie et de la religion. Les gens de plusieurs traditions religieuses se sont demandé si le monde physique était une réalité réelle ou une sorte d'entité irréelle qui voile la réalité de Dieu. Alors que les musulmans ont rejoint d'autres traditions dans ce débat, ils ont également fait d'énormes progrès dans la découverte du fonctionnement de la vision. L'optique examine également les propriétés physiques de la lumière, en examinant les questions sur ce qui fait un arc-en-ciel ou pourquoi les images semblent déformées lorsqu'elles sont réfléchies sur une surface convexe ou concave par opposition à une surface plane. Les mathématiques et la physique étaient les outils nécessaires pour répondre à ces questions.
Le père de l'optique moderne . Alors que les premiers érudits musulmans ont également étudié l'optique moderne, ils ont principalement accepté les sources grecques - en particulier Aristote, Ptolémée et Euclide - y compris leur affirmation selon laquelle la vision jaillit des yeux. Aristote en particulier avait écrit que les yeux envoient des rayons de lumière qui illuminent les objets que l'on voit. Au XIe siècle, cependant, le savant musulman Ibn al-Haytham (appelé Alhazen en Occident) a fait des recherches en Égypte et en Espagne qui l'ont conduit à tirer des conclusions sur
la nature de la lumière et de la vision qui contredit les enseignements des Grecs et lui vaut le titre de «Père de l'optique moderne». Ibn al-Haytham a découvert que les yeux reçoivent la lumière réfléchie des objets, plutôt que de l'émettre. Il a ainsi établi la véritable base scientifique de la vision. L'étape suivante consistait à comprendre la nature de la lumière et comment l'œil transforme la lumière en vision. Ibn al-Haytham a consacré pratiquement toute sa vie d'adulte à des expériences sophistiquées conçues pour répondre à certaines de ces questions.
La nature de la lumière . Ibn al-Haytham et les scientifiques musulmans ont beaucoup contribué à la compréhension de la nature de la lumière réfractée. Ibn al-Haytham a écrit sur ce qui est arrivé à la lumière lorsqu'elle a traversé des substances claires telles que l'eau, l'air et le verre. Il a également fait des expériences sur la dispersion de la lumière blanche dans les couleurs du spectre et a ainsi pu expliquer comment la lumière traversant l'atmosphère peut créer un arc-en-ciel. Ces études l'ont conduit à d'autres découvertes sur l'atmosphère. Il a constaté qu'elle devient moins dense à des altitudes plus élevées et réfracte ainsi la lumière de différentes manières. En découvrant que le crépuscule commence lorsque le soleil est à dix-neuf degrés sous l'horizon, il a pu calculer l'épaisseur de l'atmosphère terrestre. Il a écrit un livre entier décrivant comment diverses conditions atmosphériques créent différentes couleurs d'un coucher de soleil. Les œuvres d'Ibn al-Haytham sur la lumière et sur les miroirs et leurs qualités réfléchissantes ont eu une forte influence sur les artistes et architectes de la Renaissance, qui tentaient de comprendre le concept de perspective et comment reproduire sur toile l'effet visuel de l'espace tridimensionnel.
L'oeil humain . Ibn al-Haytham a dessiné des diagrammes montrant comment la vision pénètre dans l'œil à travers la lumière qui est réfléchie ou réfractée par des objets physiques. Il a été le premier scientifique à proposer la théorie selon laquelle la vision est le résultat du fonctionnement de l'œil, du nerf optique et du cerveau. Ces études ont influencé les œuvres de Roger Bacon et de Léonard de Vinci. Un autre savant musulman, al-Zahrawi, avait fait des études approfondies de l'œil au Xe et au début du XIe siècle, écrivant des textes sur la chirurgie oculaire et décrivant comment il avait éliminé les cataractes en les siphonnant de l'œil avec une aiguille creuse. Le médecin du XIe siècle Ibn Sina (Avicenne en latin) a été le premier scientifique à décrire l'anatomie de l'œil en détail, en identifiant des parties telles que la cornée, l'iris, la rétine, le cristallin, l'eau interne, le nerf optique et le chiasma optique qui conduit les nerfs optiques au cerveau.