光线传输方程是用来描述pbrt中各光线的传播过程以及对着色点的着色效果的，它是整个pbrt中的核心，当然也是各种积分器要解决的核心问题。换一个角度看，光线传输方程是一组形式较为抽象的方程，它主要是描述宏观过程，并未将细节展开。此外，它将过程数学化后，就便于引入一些数学技巧来更好地分析这一过程，同时还可以更方便地处理这一过程中的每一个环节。
光线传输方程以光照方程为基础，将光线传播所经历的多个点的光照方程写成迭代的形式，即新的某个量等于旧的某个量进行一定处理后的结果。单个光照方程中，等式左边为出射辐亮度，右边为入射辐亮度进行一定处理后的结果。现阶段不考虑介质对光线的辐亮度的衰减作用，因而某点的入射辐亮度就等于另外一个点的出射辐亮度。基于这一特征，光线传输方程可以选择出射辐亮度为迭代变量。在细节上，从入射辐亮度转换为出射辐亮度还需要做两点考虑：第一是辐亮度函数的方向要取相反方向；第二是要引入一个跟踪算子，利用反射点的坐标和入射光线方向信息，找到入射光线的出发点。秉承光线传输方程只考虑宏观，不考虑细节的思想，该算子不具体展开。此时得到了第一组光线传输方程，其中的光照函数的积分变量为入射光线方向的立体角。
对于任何方程，最好的情况都是能得到解析解。光线传输方程内部的细节十分复杂，很难得到通用的解析解。不过对于采用均匀漫反射材质，各点自发光强度相同的球体内部，各点的任意方向上的入射辐亮度相同的情况，可以写出解析解。解析解的形式是自发光强度按一定系数等比例衰减的序列和。该序列还可以去极限得到更简单的形式。当然对于直接光照积分器，它仅迭代一次，因而把迭代内容代入后，得到的结果也算是一种解析形式。
光线传输方程描述的是光线从一个点传输到另一个点，而第一组光线传输方程的变量为前述的另一个点以及光线方向，还不够直观。因而对第一组光线传输方程做进一步调整。第一个调整是把变量转变为从一个点到另一个点的形式。不仅要对出射辐亮度进行调整，对于BSDF也需要进行调整。第二个调整是将积分变量由与光线方向有关的立体角转变为与点有关的面元，该调整需要引入相应的系数以适应积分变量的调整。第三个调整是引入一个判断光线是否被阻挡的算子，并将该算子与引入的系数合并成一个关于从一点到另一点的函数。该函数具有可逆性，即交换两点后，函数结果相同。完成上述调整后就得到了更为直观的第二组光线传输方程。得到的两组光线传输方程在含义方面存在明显差异：第一组是在半球区域对方向进行采样；第二组是对场景中所有面上的点进行采样。
