Kalejdoskop działa poprzez odbijanie światła wpadającego w powierzchnię odbijającą, taką jak lustro. Ma dwa lub więcej lusterek ustawionych pod kątem względem siebie. Zespół lustra jest otoczony skrzynką z oczodołem na jednym końcu lusterka i zbiorem przedmiotów na drugim końcu.
Te odblaskowe powierzchnie zazwyczaj tworzą trójkąt lub kształt litery V. Po odwróceniu kalejdoskopu, kawałki się poruszają i można zobaczyć inny wzór. Odbicia odbijają się w tę iz powrotem tworząc różne obrazy. To, co człowiek widzi patrząc przez oczodół, nigdy nie jest dokładnie takie samo. Zazwyczaj kalejdoskopy mają kolekcję kawałków szkła, koralików i guzików, które tworzą misterne i atrakcyjne wzory. Wynika to częściowo z symetrii. Wszystkie powtarzające się obrazy są symetryczne w stosunku do obrazu obok nich. Precyzyjne połączenie powierzchni odbijających zapewnia precyzyjne obrazy symetryczne.
Obiekty wewnątrz kalejdoskopu poruszają się, dlatego po obróceniu lub potrząsaniu pojemnikiem przedmioty nigdy nie mają tego samego układu po raz drugi. Nie jest również możliwe posiadanie dwóch całkowicie identycznych wzorów. Powstają różne wzory, gdy odbicia obiektu przesuwają się z jednej strony na drugą i łączą się z innymi. Trzy lub więcej lusterek tworzy wzór z geometrycznymi i bardziej skomplikowanymi wzorami oraz niekończącymi się odbiciami. Na przykład kalejdoskop z trzema zwierciadłami tworzy złożone trójkątne odbicia.
