Описание состояния поляризации посредством соотношений между амплитудами и фазами компонент E_x и E_y является наглядным и полезным при анализе поляризации строго монохроматического света. Однако в реальных ситуациях экспериментатор имеет дело не с идеальной волной, а с волновым пакетом, в котором суммарный вектор электрической напряженности может вести себя непредсказуемым образом. Примером такого пакета является свет от естественного источника, который представляет собой суперпозицию волн со случайными амплитудами и фазами от бесконечного множества хаотически ориентированных диполей. Такой свет называется неполяризованным. В других случаях пучок света можно считать суперпозицией двух пучков, один из которых поляризован, другой нет. В этом случае свет называют частично поляризованным. Подобные пучки получаются обычно при отражении или рассеянии неполяризованного света.

Для частично поляризованного света описание состояния поляризации посредством амплитудно-фазовых соотношений между ортогональными составляющими электромагнитного поля E_x и E_y становится неудобным, поскольку оказывается невозможной количественная оценка энергетических характеристик поляризованной и неполяризованной частей пучка. Заметим также, что ни амплитуда, ни фаза не могут быть измерены в оптическом диапазоне волн. Поэтому для полного и единого количественного описания поляризации пучка желательно строить такие его характеристики, которые бы с одной стороны несли ту же информацию о поляризации плоской волны, что и амплитуды, и фазы, а с другой – являлись бы измеряемыми (или могли быть найдены из косвенных измерений) величинами.

Этим условиям удовлетворяют параметры Стокса – измеряемые в опыте величины, характеризующие состояние поляризации светового пучка. Все четыре измеряемых параметра Стокса вещественны, что облегчает обработку экспериментальных данных.