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(rèn)識的歷程，從17世紀(jì)"牛頓環(huán)"的發(fā)現(xiàn)到1801年托馬斯·楊發(fā)表干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及菲涅耳對此進(jìn)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(jì)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(shí)的光學(xué)系統(tǒng)比較簡單，沒有這種實(shí)際需要，當(dāng)然，當(dāng)時(shí)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(fèi)（Fraunhofer）就用酸蝕法制成了世界上單層減反射膜，1866年，瑞利在報(bào)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(gè)真正的多層膜器件。

因此，直到19世紀(jì)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(shí)際制造各種薄膜的工藝方法和膜系設(shè)計(jì)分析手段，可以說，20世紀(jì)以前是薄膜光學(xué)的早期發(fā)展階段。

1930 年油擴(kuò)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(shí)驗(yàn)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(shí)際工作的推動下，從 20 世紀(jì) 40年代開始，薄膜光學(xué)理論進(jìn)入發(fā)展時(shí)期，各種薄膜光學(xué)理論和膜系計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)算問題，然后解決各類光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)問題。膜系設(shè)計(jì)與光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，這是因?yàn)楣鈱W(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是幾何光學(xué)，而膜系設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)問題，隨著優(yōu)化技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)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(jì)方法外，楊和西利（Seely）根據(jù)電路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理論的研究成果，在膜系設(shè)計(jì)理論中引入網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理論。到 20世紀(jì)70年代，膜系設(shè)計(jì)的更大發(fā)展是計(jì)算機(jī)輔助的各種設(shè)計(jì)方法，特別是膜系自動設(shè)計(jì)。1981年，利德爾（Liddel）出版了膜系設(shè)計(jì)專著《多層膜中的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)輔助技術(shù)》（Computes-aided Techniques for the Design of Multilayer Filters)。

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