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。
彩虹出现的时候都在早上和傍晚，这时候太阳比较接近地平线，照射的角度也就很低。如果是在早上，太阳从东边升上来，那么彩虹就会在西边天空中出现；如果是在傍晚，太阳西沉下去，彩虹就会出现在东边天空中。
彩虹多是在雨后出现，因为一般在雨后，空气中的水蒸气非常多，这时候太阳出来，照射水蒸气，就比较容易出现彩虹。
但是也有特殊情况，气候潮湿，其实有可能是因为高空中是下了小雨的，但是水汽没有达到足够的量，雨下到半空中还没来得及落地就蒸发掉了。
也就是说，在比较高的空中还是有很多的小水滴的。这时候，太阳出来照射空气中的水滴，就出现了美丽的彩虹。
彩虹是由空中的雨滴像三棱镜那样折射分解阳光而形成的，所以彩虹通常在白天有太阳的时候出现。然而，令人惊异的是，夜间的天空，也会出现彩虹，不过不是白天的日虹，而是月虹。
和白天的日虹一样，月虹的形成也需要光源。夜间虽然没有太阳，但如果有明亮的月光，大气中又有适当的云雨滴，便可形成月虹。
