Znaczące odkrycia przyniósł XVII wiek: Ole Rømer udowodnił, że prędkość światła jest ograniczona, a Christiaan Huygens podał pierwsze oszacowanie jej wartości w próżni i w powietrzu; ten sam Huygens podał prototyp falowej teorii światła; Willebrord Snell i Kartezjusz podali prawo załamania światła; Isaac Newton udowodnił za pomocą pryzmatów, że światło białe jest mieszaniną (nałożeniem) wielu barw; dyspersja optyczna została wyjaśniona jako różnica współczynnika załamania dla różnych barw, co pozwoliło zdefiniować to zjawisko na nowo; Francesco Grimaldi odkrył dyfrakcję światła; Rasmus Bartholin odkrył dwójłomność; Pierre de Fermat dał optyce geometrycznej podstawy teoretyczne – wyjaśnił prawo Snella zasadą najkrótszego czasu.
W tym samym stuleciu pojawiły się nowe wynalazki optyczne: teleskop powstał najpóźniej w 1608 roku, kiedy Hans Lipperhey próbował go opatentować; mikroskop, który mógł był stworzyć Zacharias Janssen; teleskop zwierciadlany Newtona.
W XVIII wieku pojawiły się nowe, ostateczne dowody ograniczonej prędkości światła – James Bradley zidentyfikował aberrację gwiezdną, umożliwiając nowe oszacowanie prędkości światła.