其研究生涯初期通过光的电磁理论在物质的光学性质这一问题上做了一些研究。基于这一理论（或者更准确地说，基于亥姆霍兹利用超距作用给出的解释），洛伦兹在他的博士论文里解决了光如何在两种透明介质的界面上反射和折射的问题。此前他曾试图通过光弹性理论，即将光解释为在以太中传播的机械波，来解决这个问题，但这种方法却有基础性的问题。亥姆霍兹曾于1870年给出解决方法的基本思路，洛伦兹则做了严格的数学证明。最终的结果显示光的折射与反射确实遵循菲涅尔方程所给出的边界条件。洛伦兹还在论文中分析了光的全反射以及晶体和金属的光学性质