Al-Haitham var en pionér innafor optikk, ingeniørvitenskap og astronomi. Han gjorde studier av det menneskelige øyet og synssansen, han skrev om lysbrytning, spesielt lysbrytning i atmosfæren, og forklarte bl.a. hvorfor sol og måne virker større rett over horisonten. Han forklarte hvordan linser virker, og eksperimenterte med parabolspeil. Han forklarte lysets brytning ved overgangen til et tettere medium. Han diskuterte problemet med regnbuen, men uten å komme fram til en holdbar forklaring.