薄膜光學(xué)理論發(fā)展初期階段也是人們對光的波動性認識的歷程，從17世紀"牛頓環(huán)"的發(fā)現(xiàn)到1801年托馬斯·楊發(fā)表干涉實驗結(jié)果，以及菲涅耳對此進一步的研究，物理光學(xué)和薄膜光學(xué)有了理論基礎(chǔ)，目前用多光束干涉處理平行平面薄膜已成為物理教材的基本內(nèi)容之一。

1873年麥克斯韋的《論電與磁》出版，將光的電磁理論與波動理論相結(jié)合，以此為基礎(chǔ)導(dǎo)出了兩媒質(zhì)界面上入射光與反射光、透射光之間的振幅、能量和相位關(guān)系，從此分析薄膜光學(xué)問題的全部理論基本建立。然而，19 世紀的物理學(xué)卻沒有發(fā)展多層膜的概念，也沒建立相應(yīng)的分析方法，其原因是當(dāng)時的光學(xué)系統(tǒng)比較簡單，沒有這種實際需要，當(dāng)然，當(dāng)時也不具備制備多層膜的工藝與設(shè)備。即使單層膜的應(yīng)用也歷盡艱辛，雖然早在 1817年夫瑯禾費（Fraunhofer）就用酸蝕法制成了世界上單層減反射膜，1866年，瑞利在報告中稱失去光澤玻璃的反光比新鮮玻璃的反光弱，但這并沒有引起人們的重視。1899年法布里與泊珞制成了薄膜光學(xué)元件——法布里-泊珞（Fabry-Perot）標(biāo)準(zhǔn)具，但它仍是由兩塊鍍單層銀膜的平板構(gòu)成的，而不是一個真正的多層膜器件。

因此，直到19世紀末，薄膜光學(xué)雖然具備了基礎(chǔ)理論，但人們并沒有找到實際制造各種薄膜的工藝方法和膜系設(shè)計分析手段，可以說，20世紀以前是薄膜光學(xué)的早期發(fā)展階段。

1930 年油擴散泵的出現(xiàn)，使得工業(yè)制造各種薄膜成為可能，接著在實驗室制造出了單層反射膜、增透膜、分光膜和金屬法布里-泊珞干涉濾光片。

在上述實際工作的推動下，從 20 世紀 40年代開始，薄膜光學(xué)理論進入發(fā)展時期，各種薄膜光學(xué)理論和膜系計算方法被相繼提出。1956年，瓦施切克發(fā)表了薄膜光學(xué)專著《薄膜光學(xué)》（Optics of Thin Films），到了20世紀60年代，激光、空間技術(shù)和光譜技術(shù)的飛速發(fā)展，以及電子計算機的推廣應(yīng)用，推動了薄膜光學(xué)的飛速發(fā)展。1969年，英國學(xué)者麥克勞德（Macleod）用干涉矩陣解釋和計算光學(xué)薄膜，出版了專著《薄膜光學(xué)濾光器》（Thin-film Optical Filters）。1976年，尼特爾（Knittle）發(fā)表了專著《薄膜光學(xué)》（Optics of ThinFilms），討論了薄膜光學(xué)的一些理論問題。

薄膜光學(xué)本身的發(fā)展主要是解決光學(xué)薄膜的理論與計算問題，然后解決各類光學(xué)薄膜的設(shè)計問題。膜系設(shè)計與光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計不同，這是因為光學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)是幾何光學(xué)，而膜系設(shè)計的基礎(chǔ)是物理光學(xué)，確切說是光的干涉原理。早的膜系設(shè)計方法是試湊法、圖解法，但這只能解決一些簡單膜系的設(shè)計問題，隨著優(yōu)化技術(shù)和電子計算機的廣泛應(yīng)用，除了發(fā)展基于薄膜光學(xué)理論的解析設(shè)計方法外，楊和西利（Seely）根據(jù)電路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計理論的研究成果，在膜系設(shè)計理論中引入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計理論。到 20世紀70年代，膜系設(shè)計的更大發(fā)展是計算機輔助的各種設(shè)計方法，特別是膜系自動設(shè)計。1981年，利德爾（Liddel）出版了膜系設(shè)計專著《多層膜中的計算機設(shè)計輔助技術(shù)》（Computes-aided Techniques for the Design of Multilayer Filters)。

目前，在 ZEMAX、CODEV 等先進的光學(xué)設(shè)計軟件中已經(jīng)包含膜系設(shè)計模塊，并且出現(xiàn)了像 Macleod  、TFCALC  這樣的專業(yè)膜系設(shè)計軟件。