彩虹是阳光射到空中接近圆型的小水滴，造成色散及反射而成。阳光射入水滴时会以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射，当中以40至42度的反射最为强烈。造成这种反射时，阳光进入水滴折射一次后在水滴的背面反射，离开水滴时再折射一次。水对光有色散的作用，蓝光的折射角度比红光大，观察者看见的光谱是倒过来，红光在上。

只要空气中有水滴，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。