Dit fenomeen treedt op als gevolg van breking, wat het buigen van lichtgolven is wanneer ze van het ene medium naar het andere gaan met verschillende optische dichtheden. In dit geval worden de lichtgolven die van het potlood door de lucht reizen, gebroken wanneer ze het water binnenkomen.

Door deze richtingsverandering lijkt het alsof het potlood verplaatst of gebroken is, gezien vanaf de zijkant van het glas. De hoek waaronder het licht buigt, hangt af van de brekingsindices van de twee media en de hoek waaronder het licht de grens daartussen raakt.

Hoe groter het verschil in brekingsindices, hoe groter de mate van buiging. Omdat de brekingsindex van water hoger is dan die van lucht, buigen de lichtgolven scherper wanneer ze het water binnenkomen, wat resulteert in een meer uitgesproken verplaatsing of "breuk" in het uiterlijk van het potlood. Dit effect wordt vaak waargenomen wanneer objecten over de grens tussen lucht en water worden bekeken, waardoor ze vervormd of verplaatst lijken.