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Los programas de trazado de rayos como el POV-Ray comienzan con su cámara simulada y trazan los rayos de manera inversa dentro de la escena. El usuario especifica la localización de la cámara, fuentes de luz, y objetos así como las propiedades de las texturas superficiales de los objetos, sus interiores (si son transparentes) y cualquier condición atmosférica como niebla, neblina, o fuego.
Por cada uno de los puntos visibles en la imágen final uno o más rayos visibles son disparados desde la cámara hacia la escena, para ver si intersectan con cualquiera de los objetos en la escena. Estos "rayos visibles" se originan desde el observador representado por la cámara, y pasan a través de la ventana de visualización (representando la imagen final).
Cada vez que un objeto es impactado, el color de la superficie en ese punto es calculado. Para este propósito se envian rayos en sentido inverso a cada fuente de luz para determinar la cantidad de luz que llega desde la fuente. Estos "rayos de sombra" son comprobados para determinar si un punto en la superficie esta en sombra o no. Si la superficie es reflectora o transparente se calculan y trazan nuevos rayos para determinar la contribución de la luz reflejada y refractada al color final de la superficie.
Características especiales como la reflexión inter-difusa (radiosidad), efectos atmosféricos, y áreas de luz hacen necesario disparar una mayor cantidad de rayos por cada punto en la escena.
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