彩虹是因為Sunny射到空中接近圓型的小水滴，造成色散及反射而成。Sunny射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，Sunny進入水滴，先折射一次，然後在水滴的背面反射，最後離開水滴時再折射一次。因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，藍光的折射角度比紅光大。由於光在水滴內被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。 其實只要有空氣中有水滴，而Sunny正在觀察者的背後以低角度照射，便可能產生可以觀察到的彩虹現象。彩虹最常在下午，雨後剛轉天晴時出現。這時空氣內塵埃少而充滿小水滴，天空的一邊因為仍有雨雲而較暗。而觀察者頭上或背後已沒有云的遮擋而可見Sunny，這樣彩虹便會較容易被看到。另一個經常可見到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天氣下背對Sunny在空中灑水或噴灑水霧，亦可以人工製造彩虹。 空氣裡水滴的大小，決定了虹的色彩鮮豔程度和寬窄。空氣中的水滴大，虹就鮮豔。也比較窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比較寬。我們面對著太陽是看不到彩虹的，只有揹著太陽百能看到彩虹，所以早晨的彩虹出現在西方，黃昏的彩虹總在東方出現。可我們看不見，只有乘飛機從高空向下看，才能見到。虹的出現與當時天氣變化相聯絡，一般我們從虹出現在天空中的位置可以推測當時將出現晴天或雨天。東方出現虹時，本地是不大容易下雨的，而西方出現虹時，本地下雨的可能性卻很大。 彩虹的明顯程度，取決於空氣中小水滴的大小，小水滴體積越大，形成的彩虹越鮮亮，小水滴體積越小，形成的彩虹就不明顯。一般冬天的氣溫較低，在空中不容易存在小水滴，下陣雨的機會也少，所以冬天一般不會有彩虹出現。 造成彩虹的光學原理很多時候會見到兩條彩虹同時出現，在平常的彩虹外邊出現同心，但較暗的副虹(又稱霓)。副虹是Sunny在水滴中經兩次反射而成。兩次反射最強烈的反射角出現在50°至53°，所以副虹位置在主虹之外。因為有兩次的反射，副虹的顏色次序跟主虹反轉，外側為藍色，內側為紅色。副虹其實一定跟隨主虹存在，只是因為它的光線強度較低，所以有時不被肉眼察覺而已。蘇格蘭上空的雙重彩虹1307年時歐洲已有人提出彩虹是由水滴對Sunny的折射及反射而造成。笛卡爾在1637年發現水滴的大小不會影響光線的折射。他以玻璃球注入水來進行實驗，得出水對光的折射指數，用數學證明彩虹的主虹是水點內的反射造成，而副虹則是兩次反射造成。他準確計算出彩虹的角度，但未能解釋彩虹的七彩顏色。後來牛頓以玻璃菱鏡展示把太Sunny散射成彩色之後，關於彩虹的形成的光學原理全部被發現。

2010年9月23日，大晴天，河南省鄭州的天空出現了彩虹。氣象專家說，這是正常的Sunny折射現象，很多人叫它“天空的笑臉”。在大家的印象中，風雨過後才會有彩虹，這大晴天的，哪來的彩虹？

鄭州市氣象臺臺長說，出現這樣的景觀，是由於高空的水粒子達到了一定的密度，Sunny被反射、折射後產生了七彩色，也就是人們常見的彩虹。

氣象專家稱，春秋季節，高空與低空空氣的溫差較大，水蒸氣在高空會結冰，使高空空氣密度比低空空氣密度大，形成“倒三稜鏡”。

當天空晴朗、雲層少，太Sunny以一定的角度照在這層薄薄的、表面彎曲的小冰晶上時，形成折射，就會出現倒掛彩虹奇觀。這種彩虹的出現與雨、霧天氣無關。