A la différence de la radiosité et du photon-mapping, le raytracing, ou méthode de Monte-Carlo, n'est pas fondé sur des faisceaux émis par les sources lumineuses, mais sur des faisceaux allant du centre optique à la maquette et aux sources lumineuses. S'ils rencontrent une surface, les autres faisceaux sont étudiés pour déterminer si le point d'impact réfléchit la lumière ou retient les ombres. Le résultat est représenté comme pixel sur un plan focal. Plus le nombre de surfaces réfléchissantes et la résolution du plan focal sont élevés, plus les faisceaux sont nombreux et les calculs nécessaires à la simulation contraignants.
L'avantage du raytracing réside dans la précision avec laquelle les détails et les ombres les plus petites sont représentés. En revanche, cette méthode s'appuyant sur un plan focal, toute modification du point de vue et de la direction de visée requiert un nouveau calcul. Les scènes riches en contrastes sont particulièrement problématiques, car les faisceaux aléatoires utilisés dans les calculs partent de l'œil et les ouvertures telles des petites fenêtres sur un grand mur peuvent ne pas être prises en compte dans un premier temps.