Detta fenomen uppstår på grund av refraktion, vilket är böjningen av ljusvågor när de passerar från ett medium till ett annat med olika optiska densiteter. I det här fallet bryts ljusvågorna som färdas från pennan genom luften när de kommer in i vattnet.

Denna riktningsändring gör att pennan ser ut att vara förskjuten eller trasig när den ses från sidan av glaset. Vinkeln med vilken ljuset böjs beror på brytningsindexen för de två medierna och vinkeln med vilken ljuset träffar gränsen mellan dem.

Ju större skillnaden är i brytningsindex, desto större blir böjningen. Eftersom vattnets brytningsindex är högre än luftens, böjs ljusvågorna skarpare när de kommer in i vattnet, vilket resulterar i en mer uttalad förskjutning eller "brott" i pennans utseende. Denna effekt observeras vanligtvis när föremål ses över gränsen mellan luft och vatten, vilket gör att de verkar förvrängda eller förskjutna.