При исследовании двуосного камня возникает гораздо более сложное явление. Образуются три главных цвета, наблюдаемые в различных парах в трех главных направлениях; во всех иных направлениях видны цвета, промежуточные по отношению к главным. В камнях с низкой кристаллографической симметрией это явление еще более усложняется смещением главных направлений при изменении длины волны светового луча. Поскольку двуосные камни имеют три главных цвета, происходящее в них явление часто называют трихроизмом, или плеохроизмом; однако в каждом отдельном сечении эти камни обладают только двумя цветами, или, иначе говоря, проявляют дихроизм. В тех направлениях, в которых камни оказываются однопреломляющими, или в близких к таким направлениях никакой разницы в цветах не будет; поэтому всегда рекомендуется исследовать камень в двух или более направлениях, чтобы не попасть случайно на оптическую ось.

Для определения камней необходимо отмечать точные оттенки сопряженных цветов, так как они зависят от природного цвета камня и, следовательно, непостоянны даже для камней одного и того же вида; важно указать, имеются ли какие-либо изменения цвета, и если такие изменения есть, то насколько они велики. Дихроизм — результат двупреломления, и он не может существовать в изотропном камне. Однако обратное утверждение было бы неверно: ни в коем случае нельзя считать, что если дихроизма в камне нет, то он изотропен. Так, дихроизма нет в бесцветных камнях, но и во многих окрашенных двупреломляющих драгоценных камнях, например в некоторых цирконах, дихроизма тоже нет или он настолько мал, что его трудно увидеть. Это свойство всегда проявляется тем лучше, чем сильнее природная окраска камня. Например, в темно-зеленом александрите дихроизм гораздо сильнее, чем в светлых разновидностях хризоберилла.

Если исследуемый камень прикрепляется к насадке дихроскопа или каким-то иным способом помещается перед его отверстием Н, табличку камня надо повернуть к прибору, чтобы убедиться, что свет, попадающий в прибор, действительно проходит через камень. Если противоположный угол пропускает слишком мало света, то это затруднение можно преодолеть, поместив на нужное место каплю масла. По указанным выше причинам важно исследовать камень и в направлениях, как можно больше отличающихся от перпендикуляра к ободку. Удобный, хотя и не очень точный, способ — положить камень табличной гранью на какую-нибудь подставку и исследовать свет, входящий в камень и отражающийся от этой грани. Камень можно поворачивать на подставке и, таким образом, проводить наблюдения в различных направлениях. Необходимо следить за тем, чтобы в случае фасетной огранки камня не принять изменение окраски, связанное с дисперсией света, за проявление дихроизма.

Испытание на дихроизм эффективно для рубина, так как его цвета — пурпурный и желтовато-красный — заметно отличаются один от другого, и по этому признаку рубин можно легко отличить от других красных камней. Один из цветов сапфира имеет значительно более заметный желтоватый оттенок, чем другой, и это используется для выделения сапфира среди других синих камней; например, изотропная голубая шпинель при испытании на дихроизм, конечно, не меняет свою окраску, а синий циркон изменяется по окраске от темно-синего до почти бесцветного.

Вместо дихроскопа можно воспользоваться поляроидом, но он менее удобен, так как через него проходит только один луч. Поэтому необходимо выяснять, меняется ли окраска, если пластинку поворачивать параллельно ее плоскости, и насколько велико это изменение. Поскольку два проходящих луча нельзя сравнивать одновременно, слабый дихроизм можно и не заметить. До некоторой степени эту трудность можно преодолеть, используя две пластинки, в которых колебания пропускаемых лучей перпендикулярны друг другу, и добиваясь того, чтобы обе они освещались одним и тем же пучком света.