Дифракционной решеткой можно назвать любое устройство, преобразующее амплитуду и фазу падающей волны. Рассмотрим одномерную решетку, состоящую из ряда щелей длиной l, шириной а, расположенных в непрозрачном экране в плоскости xy на равных расстояниях d друг от друга (рисунок 1). Ширина непрозрачной полоски d − a, (a, d<<1). Полное число щелей − N.

На решетку падает плоская линейно-поляризованная монохроматическая волна в направлении оси z. Вектор поляризации e = (e₀,0,0). Длина волны − λ , интенсивность − J₀. В области z>>a²/λ мы имеем дифракцию Фраунговера. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля в точку наблюдения P(x,0,z) приходят плоские линейно-поляризованные волны, «излучаемые» каждой щелью. В результате конструктивной интерференции волн решетка преобразует падающую волну в сферическую с амплитудой, зависящей от координат. Дифракционная картина наблюдается в фокальной плоскости собирающей линзы.

Пусть θ − угол между плоскостью x=0 и плоскостью, проходящей через ось y. Угловое распределение интенсивности дифрагированной в области |x| << z имеет вид

Здесь J₁(θ) − угловое распределение интенсивности в случае одной щели, H(θ) − множитель, возникающий благодаря упорядоченному расположению щелей.

На рисунке 2 изображен график функции J(θ), где q = sinθ. График функции J₁(θ) изображен пунктиром. Функция J₁(θ) имеет максимум при значении θ = 0 и минимумы J₁(θ)=0 приразделенные максимумами убывающей величины. Значения  J₁(θ) в максимумах быстро спадают. Функция H(θ) имеет главные максимумы величиной N² при значениях :

Очевидно, m ≤ d/λ. Целое число m называют порядком спектра. Величина максимумов функции  J(θ) при значениях θ_m

В промежутках между главными максимумами расположены вторичные максимумы и нули функции H(θ) при значениях − не целое число; или

Следовательно, ширина каждого максимума Δθ_s определяется полным размером решетки Nd: Δθ_s = 2λ/Nd. При N>>1 величины вторичных максимумов быстро убывают − первый вторичный максимум составляет лишь несколько процентов от главного максимума.

Решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки (рисунок 1). У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50 – 100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки. В качестве дифракционной решетки может быть использован кусочек компакт-диска или даже осколок граммофонной пластинки.

Простейшая дифракционная решетка состоит из прозрачных участков (щелей), разделенных непрозрачными промежутками. На решетку с помощью коллиматора направляется параллельный пучок исследуемого света. Наблюдение ведется в фокальной плоскости линзы, установленной за решеткой (рисунок 1).

В каждой точке P на экране в фокальной плоскости линзы соберутся лучи, которые до линзы были параллельны между собой и распространялись под определенным углом θ к направлению падающей волны. Колебание в точке P является результатом интерференции вторичных волн, проходящих в эту точку от разных щелей.

Главные максимумы при дифракции света на решетке чрезвычайно узки. Рисунок 1 дает представление о том, как меняется острота главных максимумов при увеличении числа щелей решетки.

Как следует из формулы дифракционной решетки, положение главных максимумов (кроме нулевого) зависит от длины волны λ. Поэтому решетка способна разлагать излучение в спектр, то есть она является спектральным прибором. Если на решетку падает немонохроматическое излучение, то в каждом порядке дифракции (то есть при каждом значении m) возникает спектр исследуемого излучения, причем фиолетовая часть спектра располагается ближе к максимуму нулевого порядка. На рисунке 1 изображены спектры различных порядков для белого света. Максимум нулевого порядка остается неокрашенным.

С помощью дифракционной решетки можно производить очень точные измерения длины волны. Если период d решетки известен, то определение длины сводится к измерению угла θm, соответствующего направлению на выбранную линию в спектре m-го порядка. На практике обычно используются спектры 1-го или 2-го порядков. Если в спектре исследуемого излучения имеются две спектральные линии с длиной волн λ1 и λ2, то решетка в каждом спектральном порядке (кроме m = 0) может отделить одну волну от другой.