彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内意义不同的角度反射。
当中以40至42度的反射最为强烈，造成我们所见到的彩虹。造成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。
因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来，红光在最上方，其他颜色在下。
其实只要有空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象。彩虹最常在下午，雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。
而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可以人工制造彩虹。
当彩虹出现在水面的物体上时，来自不同光路互补的两个镜弧可能分别出现在水面上和水面下。它们的名称略有不同，如果水面是平静的被反射虹将呈现镜像出现在水面的地平线下方。阳光在抵达观测者之前首先受到雨滴的偏折，然后经过水面的反射。被反射虹，至少是一部分，经常可见，甚至在小水坑都可见。
当阳光在抵达雨滴前先被水面反射，它可能生成反射虹，如果水面够大，整个表面也是平静的，并靠近雨幕，反射虹便可能出现在地平线之上。它与正常的彩虹交会在地平线处，并且它的弧会在天空的较高处，因为它的中心在地平线之上，而正常彩虹的中心在地平线之下。由于需要上述条件的配合，反射虹是很罕见的。
如果反射的弧再被反射，并且霓反射弧和他的反射弧同时都出现，同时出现6条（或是8条）彩带也是可能的。
