Để chứng minh không có chùm tia sáng nào đi qua thấu kính phân kì được tia ló song song với nhau, ta có thể sử dụng một ví dụ cụ thể:

Giả sử ta có một thấu kính phân kì và một chùm tia sáng gồm hai tia song song đi qua nó. Ta sẽ chứng minh rằng sau khi đi qua thấu kính, hai tia sáng này sẽ không còn song song với nhau.

Đầu tiên, ta xét tia sáng đi qua phần trung tâm của thấu kính. Theo định luật Snell, khi đi qua một mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau, góc giữa tia sáng và pháp tuyến của mặt phân cách này sẽ thay đổi. Vì thấu kính phân kì có độ lớn khác nhau ở hai bề mặt, nên góc giữa tia sáng và pháp tuyến sẽ bị thay đổi khác nhau ở hai bề mặt của thấu kính. Do đó, tia sáng sẽ bị gập lại.

Tiếp theo, ta xét tia sáng đi qua một vị trí nằm ở ngoài cạnh của thấu kính. Vì độ lớn của thấu kính phân kì khác nhau ở hai bề mặt, nên tia sáng sẽ bị gập lại một cách khác nhau ở hai bề mặt của thấu kính. Do đó, tia sáng này sẽ không còn đi thẳng mà sẽ bị gập lại, và hai tia sáng không còn song song với nhau.

Từ đó, ta kết luận rằng không có chùm tia sáng nào đi qua thấu kính phân kì được tia ló song song với nhau.