单模光纤的色散主要包括材料色散、波导色散、偏振模色散。
1、材料色散。
材料色散是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。光纤通信实际上用的光源发出的光，并不是只有理想的单一波长，而是有一定的波谱宽度。
当光在折射率n的为介质中传播时，其速度v与空气中的光速C之间的关系为v=C/n，光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。
因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。
2、波导色散。
光纤的第三类色散是波导色散。由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。
进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。
具体来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展宽现象叫做波导色散。
3、偏振模色散。
一个信号脉冲沿着理想的对称圆形单模光纤在不受外界干扰情况下传输时，光纤输入端的光脉冲可分裂成两个垂直的偏振输出脉冲，以相同的的传播速度进行传输，并同时到达光纤输出端，这两个脉冲叠加在一起会重现出它们在光纤输入端时的偏振状态。
实际上光纤由于上文所述的种种原因，会引起双折射，即x轴方向和y轴方向上的折射率是不一样的，这将引起偏振模色散（Polarization Mode Dispersion）。