光在同种均介质中沿直线传播，通常简称为光的直线传播。利用它可以简明地解决成像问题。人眼就是根据光的直线传播来确定物体或像的位置的。
有很多现象可以说明光是沿直线传播的，比如激光准直，影子的形成，月食、日食的形成，小孔成像等。
通过对光的长期观察，人们发现了沿着密林树叶间隙射到地面的光线形成射线状的光束，从窗户缝隙进入屋里的阳光也是如此。大量的观察事实使人们认识到光是沿直线传播的。
为了证明光沿直线传播的这一性质，早在二千四五百年前，我国杰出的科学家墨翟和他的学生就作了世界上第一个小孔成倒像的实验，解释了小孔成倒像的原理。尽管他讲的并不是成像而是成影，但是道理是一样的。
实验过程是这样的：在一间黑暗的小屋朝阳的墙上开一个小孔，人对着小孔站在屋外，屋里相对的墙上就出现了一个倒立的人影。为什么会出现这种奇怪的现象呢？墨翟解释说，光穿过小孔就如同射箭一样，是直线行进的，人的头部遮住了上面的光，成影在下边，人的足部遮住了下面的光，成影在上边，于是就形成了倒立的影。这是对光沿直线传播的第一次科学解释。
墨家还利用光的直线传播这一特性，解释了物和影的关系。飞翔着的小鸟，它的影子也仿佛在飞动着。墨家分析了光、鸟、影的关系，揭开了影子自身并不直接参加运动的秘密。墨家指出：鸟的影子是由于直线行进的光线照在鸟身上被鸟遮住而形成的。当鸟在飞动时，前一瞬间光被遮住出现影子的地方。后一瞬间就被光所照射，影子就消失了；新出现的影子是后一瞬间光被遮住而形成的，已经不是前一瞬间的影子。因此，墨家得到了“景不徙”的结论，在古代“景”通“影”，意思就是说，影子不直接参加运动。那么为什么影子看起来是运动着的呢？这是由于鸟飞动的时候，前后瞬间影子是连续不断地更新着，并且变动着位置，看起来就觉得影子是随着鸟在飞动一样。
光沿直线传播的性质。在我国古代天文历法中得到了广泛的应用。比如我们的祖先制造了圭表和日晷，测量日影的长短和方位，以确定时间、冬至点、夏至点；在天文仪器上安装窥管，以观察天象、测量恒星的位置等。
另外，我国很早就利用光的这一性质，发明了皮影戏。汉朝初期，齐少翁曾用纸剪的人、物在白幕后表演，并且用光照射，人、物的影像就会映在白幕上，幕外的人就可以看到影像的表演。这就是最初的皮影戏。