1875年,洛伦兹获得莱顿大学博士学位。在当时,物理学界关于光学与电动力学问题的争论很激烈。按照亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz,1821.08.31-1894.09.08)的观点,解答光学问题直接关系到电动力学问题的解答。受此启发,洛伦兹选择了光学问题作为他的博士论文题目《论光的反射和折射》。在论文中,他以亥姆霍兹的一般理论为出发点进行了研究。他首先综合评述了旧波动理论和新电磁理论,重新推导了亥姆霍兹波动公式,而后讨论了光的反射和折射在各方向同性的煤质、晶体光学、全反射及光与金属的相互作用中的应用,最后提出了麦克斯韦电磁理论与物质分子理论相结合的统一设想。洛伦兹的论文使麦克斯韦电磁理论有了更加坚实的物理基础。