Um caleidoscópio funciona refletindo a luz que atinge uma superfície reflexiva, como um espelho. Ele tem dois ou mais espelhos colocados em ângulo um com o outro. O conjunto do espelho é cercado por uma caixa, com um orifício de olho em uma extremidade dos espelhos e uma coleção de objetos na outra extremidade.
Essas superfícies reflexivas normalmente formam um triângulo ou forma de V. Quando um caleidoscópio é girado, as peças se movem e um desenho diferente pode ser visto. Os reflexos saltam para frente e para trás dentro do tubo, criando várias imagens. O que uma pessoa vê ao olhar pelo buraco do olho nunca é exatamente o mesmo duas vezes. Normalmente, os caleidoscópios têm uma coleção de peças de vidro, contas e botões que formam designs intrincados e atraentes. Em parte, isso se deve à simetria. Todas as imagens repetidas são simétricas em relação à imagem ao lado delas. Uma combinação precisa de superfícies reflexivas resulta em imagens simétricas precisas.
Os objetos dentro de um caleidoscópio se movem, é por isso que depois de girar ou sacudir o recipiente, os objetos nunca têm a mesma disposição uma segunda vez. Também não é possível ter dois designs completamente idênticos. Diferentes padrões são formados conforme os reflexos do objeto se movem de um lado para o outro e se fundem com os outros. Três ou mais espelhos criam um design com padrões geométricos e mais intrincados e reflexos infinitos. Por exemplo, um caleidoscópio com três espelhos cria reflexos triangulares complexos.
