Entre los fenómenos típicos de las ondas sonoras ciertamente podemos incluir la refracción del sonido, en la que las ondas se doblan o expanden, dependiendo de los cambios en la velocidad de la propia onda. La refracción no es un fenómeno que afecta solo a la acústica, sino que también puede identificarse en otras ocasiones. Un ejemplo son las ondas del mar, que se acercan a la costa paralelas a la playa. Otra es la razón por la que las lentes de vidrio se pueden usar para canalizar ondas de luz débiles en un único punto. En circunstancias normales, el sol calienta la tierra, que a su vez transfiere calor a la atmósfera. A menudo, el fenómeno de la refracción del sonido se debe a la presencia del gradiente de temperatura de la atmósfera. El aire se enfría cuanto más se sube de altitud, según los valores determinados por el gradiente térmico vertical. El gradiente térmico vertical es una tasa que indica la variación de la temperatura del aire en función de la altitud. Las ondas sonoras se propagan más rápido en el aire caliente, por lo que son más rápidas si están cerca del suelo. Para analizar este fenómeno, el Principio de Huygens es muy útil. Simplificando la definición delineada por el físico holandés, la onda sonora generada por una fuente se propaga de forma esférica. Cada punto de los diferentes frentes de onda que se suceden se convierte en una fuente secundaria que genera a su vez otras ondas que tienen las mismas características que la onda original (el frente de onda es el conjunto de los puntos que vibran al unísono al pasar una determinada onda). El Principio de Huygens se puede explicar con un ejemplo simple. A veces vemos caer un rayo del cielo, pero no podemos escuchar el sonido del trueno que lo sigue. Esto ocurre debido a la refracción del sonido y el Principio de Huygens: las ondas de sonido del trueno se refractan fuertemente en dirección vertical, creando una «zona de sombra» donde el ruido no se escucha. Típicamente, este fenómeno particular se puede observar a una distancia de unos 22,5 kilómetros del punto de caída de un rayo que se originó a 4000 metros de altura.
El fenómeno de la refracción del sonido se puede controlar insertando algunos elementos dentro de un ambiente determinado. Las salas de conciertos o las salas con gran capacidad de personas requieren un diseño acústico preciso que permita alcanzar el nivel correcto de reverberación y propagación de las ondas. En estos amplios ambientes, puede parecer aparentemente difícil conseguir que cualquier sonido no amplificado producido por instrumentos musicales o voces sea nítido y comprensible. La solución la dan los espejos y los deflectores, paneles de madera de diferentes formas que poseen superficies lisas o rugosas, según las necesidades. Estos elementos están dispuestos de tal manera que dirigen y difunden las ondas sonoras para permitir que todos los oyentes escuchen perfectamente y uniformemente los sonidos emitidos por la fuente, independientemente de la posición en la que se encuentren dentro de la sala. En cambio, el efecto contrario es el de los paneles fonoabsorbentes que, en lugar de reflejar el sonido, lo absorben. Estos materiales porosos se utilizan a menudo en los cines donde es necesario reducir la reverberación y los sonidos no deseados presentes debido a la potencia de los altavoces en su interior. Con el fin de optimizar la refracción sonora, se utilizan sobre todo en los teatros los espejos acústicos curvos que, gracias a su efecto de lente, propagan las ondas acústicas hacia el público. Estas lentes acústicas consisten en varias capas de materiales moldeados; cada uno de ellos es responsable de la modificación del sonido en relación con la velocidad de propagación de la onda, como ocurre con las respectivas lentes ópticas, donde el procesamiento de la lente determina su graduación. Las lentes acústicas son muy utilizadas para captar las señales acústicas dentro de los sonares debido a su característica única de amplificar y dirigir la señal. El uso adicional de estos útiles dispositivos se lleva a cabo en el sector médico, por ejemplo, en ultrasonidos para ecografías.
Sin embargo, el fenómeno de la refracción del sonido también puede observarse en diversas circunstancias de nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, durante la noche o durante días en los que el cielo está bastante cubierto, se produce una inversión de temperatura. El aire, de hecho, resulta ser más cálido cuanto más alto se está. En este caso, la refracción del sonido se produce en la dirección del suelo. El fenómeno de la inversión de la temperatura es la razón por la que por la noche las ondas sonoras se pueden escuchar más claramente desde distancias mayores. El efecto es aún mejor si el sonido se propaga sobre el agua, lo que permite que sea extremadamente audible a grandes distancias.
La refracción del sonido es un fenómeno más presente incluso durante los días ventosos. El viento, moviéndose más rápido a mayores alturas, provoca un cambio en la velocidad efectiva del sonido en relación con la distancia desde el suelo. Otro ejemplo de refracción del sonido es el océano. En circunstancias normales, la temperatura de los océanos disminuye al aumentar la profundidad. Esto resulta en la refracción hacia abajo de la onda sonora generada bajo el agua (exactamente lo contrario del fenómeno descrito anteriormente cuando se refería a la «zona de sombra» creada por la refracción vertical de la onda sonora creada por el trueno). Según los biólogos marinos, el fenómeno de la refracción del sonido en los océanos aumenta la propagación de las ondas sonoras producidas por mamíferos marinos como las ballenas y los delfines, ayudándoles a comunicarse entre sí a grandes distancias.