當光在光纖中傳播時，光強度的降低稱為“衰減”或者“損耗”。原則上，所有的衰減或者損耗機制都可以追溯到玻璃本身的各種尺度結構（例如原子結構，點缺陷等等）或由光纖化過程以及光纖光學設計，例如在芯（core） - 包層（cladding）界面處的結構，沿纖維長度的芯- 包層結構的均勻性等等。因此，材料結構的控制（通過成分，材料處理和光纖製造控制）是減少成品光纖損耗的主要手段。
光纖損耗可以分為兩大類：內在（Intrinsic）光纖損耗和外在（Extrinsic）光纖損耗。如下圖所示。
光纖的內在損耗有下面幾種：吸收（absorption），色散（dispersion）和散射(scattering)。
一、吸收（Absorption）損耗
光纖中的吸收損耗是傳輸過程中光纖損耗的主要原因。吸收是當光子與玻璃成分，電子或金屬離子相互作用時，由於分子共振和波長雜質，光能的電磁波能量被吸收並轉化為其他形式的能量，例如熱量（即晶格振動）的過程。光吸收涉及能量從傳播光束直接傳輸到光纖材料結構，導致材料激發到更高的能量狀態。紫外和紅外波段都會引起二氧化硅玻璃的吸收。紅外吸收尾部導致長於1.6毫米的波長衰減。另一個吸收問題與雜質吸收損失有關。今天，二氧化硅玻璃光纖中最重要的雜質是羥基離子（OH-）形式的水。最顯著的OH-損失發生在950nm,1250nm和1380nm的波長。
二、色散（Dispersion）損耗
在光學中，色散是光波在介質中的相速度隨其頻率（波長）而變化的現象。而相速度變化是折射率變化的結果。色散也導致光線折射角度的變化，如下圖顯示，白光穿過色散稜鏡產生的光譜。
在光纖中，色散損耗是沿著光纖傳播時光信號失真的原因之一。光纖中的色散損耗可以是模間式的（intermodal）或者是模內式的（intramodal）。光在多模光纖中傳輸，由於入射角度的差異，可能有數百到數千種傳播路徑或所謂的模式，由於模式與模式之間（模間）傳播時的延遲差異，這種模間色散會引起脈衝脈寬變寬。只有多模光纖才有模間色散。單模光纖傳輸只有一種模式，所以沒有模間色散。模間色散是多模光纖的主要色散機制。
模內色散也會導致光纖中的脈衝脈寬擴展，這是因為折射率會隨波長而變化。這種色散機制是光纖材料特性的結果，可以適用於單模和多模光纖。
模內色散是單模光纖的主要色散機制。模內色散主要有兩種不同類型：色度色散（chromatic dispersion - CD）和偏振模色散（polarization mode dispersion - PMD）。
（1）色度色散
光纖材料對不同波長的光有不同的折射率。光在光纖中的傳播速度又與折射率有關。我們知道，光在介質中的速度v是v=c / n，其中c是真空中的光速，n是光纖的折射率。如果加上波長的影響，光在光纖中隨波長而變化的傳播速度就等於 v（λ） = c / n（λ），其中n（λ）是光纖中隨波長而變化的折射率。因此不同顏色（或波長）的光束，由於速度的差異，到達目的地的時間會稍微不一樣，結果光脈衝的脈寬就變寬了，這就是色度色散。如下圖所示。
色度色散是長距離光纖中的一個重要考慮因素。它的作用主要是延伸或壓扁最初明確定義的信息脈衝。這種退化使信號（1s和0s）在光纖的遠端更難以區分彼此。結果隨著調製光束（由許多間隔很近的波長的光所組成）沿著這個幾乎透明的波導向前傳播，色散會增加，在任何給定的長度下，光纜的有效信息容量或帶寬就顯著的降低了。如下圖所示。
幸運的是，補償技術已經開發出來，有助於彌補色散的負面影響。有一種方法是在信號發送到光纖之前，對預期的色散進行預補償。另一種方法是在光纖的末端，使用色散補償光纖來校正或反轉信號穿過光纖時產生的色散。目前，這些技術已經被廣泛用於解決色散問題。色度色散具有以下特點：確定性，線性，獨立於環境因素，以及可以做補償來消除。
色度色散是長距離光纖中的一個重要考慮因素。它的作用主要是延伸或壓扁最初明確定義的信息脈衝。這種退化使信號（1s和0s）在光纖的遠端更難以區分彼此。結果隨著調製光束（由許多間隔很近的波長的光所組成）沿著這個幾乎透明的波導向前傳播，色散會增加，在任何給定的長度下，光纜的有效信息容量或帶寬就顯著的降低了。
幸運的是，補償技術已經開發出來，有助於彌補色散的負面影響。有一種方法是在信號發送到光纖之前，對預期的色散進行預補償。另一種方法是在光纖的末端，使用色散補償光纖來校正或反轉信號穿過光纖時產生的色散。目前，這些技術已經被廣泛用於解決色散問題。色度色散具有以下特點：確定性，線性，獨立於環境因素，以及可以做補償來消除。
（2）波導色散
還有一種模內色散是波導色散（wave guide dispersion）。波導色散是由芯與包層材料折射率的微小差異引起的。隨著波長的增加，模場直徑增加，更多的光能在包層中傳播。由不同折射率的纖芯和包層組成的光纖不可避免地導致一些波長的光傳播得比其他波長的慢或者更快。這會導致脈衝脈寬變寬的現象。波導色散也是一種色度色散。
在多模光纖的情況下，所謂的模式色散也將導致脈衝展寬。即使在單模光纖中，由於偏振模色散（因為仍然存在兩個偏振模），可能會發生脈衝展寬。這些不是色散的例子，因為它們不依賴於傳播的脈衝的波長或帶寬。
（3）偏振模色散
偏振模色散是因為光纖橫截面的不完全對稱和各向差異性，導致每個偏振模的速度略有不同，而產生脈衝脈寬擴展的結果。形成偏振模色散的原因有光纖的內在原因和外在原因。以內在原因來說，在製造光纖的過程中，光纖芯不可避免地產生一定的橢圓度。光纖芯有橢圓度（不是正圓）的話，會使得兩個相互垂直的偏振態有不同的群速度。在拉制光纖時，在光纖中總會遺留下一些殘存的內部應力。
以外在原因來說，光纜敷設時產生的應力、光纜熔接或連接器等外在因素都會影響偏振模色散。這些種種的不對稱性使得光纖的折射率分佈變得有方向性。當兩個相互垂直的偏振態沿光纖以不相同的速度傳輸，在不同的時間到達目的地，來自快軸的信號疊加到來自慢軸的信號，就會引起脈衝展寬。如下圖所顯示。
偏振模色散通常比色度色散的損害小得多。對於大多數光纖，在數據速率超過10 Gbps之前，偏振模色散不是一個嚴重的問題。然而，與色度色散不同，長光纖上的偏振模色散無法用無源器件糾正，因為偏振模色散會隨著時間的推移而隨機變化。
這一動態特性使得偏振模色散成為高速光網絡的一個難題。偏振模色散具有以下特點：不確定性，非線性，受環境因素影響，比較難做補償來消除。這些特點恰恰與色度色散相反。還好它的損害一般來講較小。
處理偏振模色散的一種方式是積極補償。另一種方法是使用孤子（Soliton）脈衝。儘管如此，這些方法還是會增加費用。
三、散射（Scattering）損耗
光纖中的散射損耗是由於材料密度的微小變化，成分波動，結構不均勻性和製造缺陷所產生的。散射可以分為線性和非線性兩種類型。
（1）線性散射
光纖中的線性散射有瑞利（Rayleigh）散射和米氏（Mie）散射兩種類型。見下圖。
瑞利散射屬於彈性散射，每個光子在散射前後具有相同的能量，散射光具有與入射光相同的波長，也就是說波長（和頻率）沒有變化。光纖中造成瑞利散射的雜質粒子的半徑大約是0.0001微米，遠小於入射光的波長。瑞利衰減限制了短波長（<850nm）光纖的使用。瑞利散射是光纖衰減的最基本限制。
在光學窗口內（850nm、1310nm、1550nm），瑞利散射是光纖的最重要的衰減機制。 瑞利散射的衰減和波長的四次方呈反比，所以波長越長瑞利散射的衰減越小。所以長距離光纖傳輸都會使用長波長（1310nm、1550nm）的光。
米氏散射的雜質粒子的半徑大約是0.1微米，散射光強度具有更大的角度依賴性。由於產生米氏散射需要更大半徑的雜質粒子，在傳統的氧化物（硅酸鹽基）玻璃纖維中通常不會發生米氏散射。但是使用非氧化物玻璃系統的特種纖維，例如氟化物玻璃系統就可能會發生米氏散射。
（2）非線性散射
被激發的非線性散射（Stimulated nonlinear scattering）。受激散射屬於非線性光學效應。光纖中的非線性散射效應是由於一個光子非彈性散射到一個較低能量的光子。能量差異被介質中的分子振動或聲子吸收。換句話說，光波的能量被傳遞到另一個波，在更高的波長（較低的能量）等能量差異以聲子的形式出現。另一個波被稱為斯托克斯波。信號可以被認為是泵波。
光纖中有兩種非線性散射現象與二氧化硅的振動激發模式有關。這些現象被稱為受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering - SRS）和受激布里淵散射（Stimulated Brillouin Scattering - SBS）。當入射光纖的光強度超過閾值（臨界值）功率時，就會發生這個現象。受激拉曼散射（SRS）和受激布里淵散射（SBS）的根本的區別是，SRS有光學聲子參與，可以發生在前進和落後兩個方向，而SBS通過聲學聲子，只發生在一個方向即向後，事實上，受激散射機制（SBS或SRS）也提供光學增益，但頻率有所變化。一般來說，光源必須足夠強大，才會激發非線性散射。
以上三個因素（吸收，色散，散射）是光纖的內在固有衰減損耗。根據EIA/ TIA-568標準，不同光纖類型的光纖內在固有損耗標準如下：
下圖顯示了光纖的內在損耗和波長的關係：
光纖的損耗近年來，光纖通信在許多領域得到了廣泛的應用。實現光纖通信，一個重要的問題是儘可能地降低光纖的損耗。所謂損耗是指光纖每單位長度上的衰減，單位為dB／km。光纖損耗的高低直接影響傳輸距離或中繼站間隔距離的遠近，因此，瞭解並降低光纖的損耗對光纖通信有著重大的現實意義。
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