彩虹是怎么形成的？
事实上，只要空气中有水滴，并且太阳以低角度照射在观测者身后，就可能出现可观测到的彩虹现象。彩虹通常出现在下午，雨过天晴的时候。此时的空气灰尘少了，充满了水滴，天空的一边因为还有雨云而漆黑一片。然而，观察者可以看到阳光，而没有头上或身后的云的覆盖，因此彩虹更容易被看到。另一个经常看到彩虹的地方是瀑布附近。天气晴朗时，可以背对太阳向空中喷水或水雾，也可以人工制造彩虹。
晚霞是一种罕见的现象，可能出现在月光强烈的夜晚。由于人类视觉在夜间光线较弱的情况下很难分辨颜色，所以夜虹看起来全是白色的。
原则
彩虹的光学原理是太阳光照射到空气中的小圆水滴上，产生色散和反射。当太阳光进入水滴时，会同时以不同的角度入射，并在水滴中以不同的角度反射。其中40到42度的反射最强，产生了我们看到的彩虹。当这种反射发生时，阳光进入水滴，折射一次，然后在水滴背面反射，最后离开水滴时再次折射。因为水对光有色散作用，不同波长的光折射率不同，蓝光的折射角大于红光。因为光在水滴中被反射，观察者看到的光谱是颠倒的，红光在顶部，其他颜色在底部。
双彩虹，上面是霓虹，下面是彩虹。很多时候，两条彩虹同时出现，在通常的彩虹之外出现一条同心但更暗的二次彩虹(也叫霓虹)。二次彩虹是由阳光在水滴中的两次反射形成的。两次反射最强的反射角出现在50°到53°，所以次彩虹的位置在主彩虹之外。因为有两次反射，所以辅助彩虹的颜色顺序与主彩虹相反，外侧为蓝色，内侧为红色。实际上，辅虹必须跟随主虹，但有时由于光强较低，肉眼看不到(见)。
彩虹实际上并不出现在半空中的特定位置。它是观察者看到的一种光学现象，彩虹看上去的位置会随着观察者而变化。当观察者看到彩虹时，它的位置一定是在太阳的反方向。彩虹拱形内部的中心实际上是水滴反射的太阳的放大图像。所以彩虹里面的天空比彩虹外面的天空更亮。彩虹拱的中心正好是观察者头部阴影的方向，彩虹本身在观察者头部阴影和眼睛之间的连线上方40到42度。因此，当太阳在天空中高于42度时，彩虹的位置就会在地平线以下，看不见。这也是中午很少出现彩虹的原因。
彩虹从一端延伸到另一端。用一般的35mm相机，你需要一个焦距在19mm以下的广角镜头，才能用单帧拍下整个彩虹。如果你在飞机上，你会看到彩虹会是一个完整的圆而不是一个拱形，而圆形彩虹的中心就是飞机的方向。
在1307中，欧洲有人提出，彩虹是由水滴对太阳光的折射和反射造成的。笛卡尔在1637发现水滴的大小不影响光的折射。他通过向玻璃球中注入水进行实验，得出了水对光的折射率。他从数学上证明了彩虹的主虹是在水点反射造成的，而辅虹是两次反射造成的。他精确地计算了彩虹的角度，但未能解释它多彩的颜色。
后来牛顿用玻璃菱面体把太阳光散射成彩色后，发现了关于彩虹形成的所有光学原理。