一般我們看到彩虹只能是清晨或者黃昏。此時Sunny與地面夾角很小，我們能看到半圓形的彩虹。其實還有一半在地平面下方。彩虹是由空氣中較大的小水滴折/反射形成的。如下圖：光線會在小水滴內反射一次或兩次。反射兩次的光線亮度明顯會更暗。Primary Rainbow的出射和入射光夾角為40°到42°， Secondary Rainbow的出射和入射光夾角為52°到54.5°。並且顏色條紋的分佈是相反的。如下圖：觀察者們其實是在彩虹圓圈的“軸”上，且與彩虹上任意點的連線和Sunny的夾角為42°或52°。如下圖：因此，只有當太陽高度角夠大，且你在彩虹上方時才可能看到完整的圓形的彩虹，如下圖（請無視我的渣繪畫技術）：當然了，你運氣一般不會那麼好能看到彩虹，你正午時在飛機上從上往下看雲彩，看到的多半不是彩虹，而是霧虹或Glory（它們的顏色不如彩虹鮮豔，且範圍更小，此二者在我另一個答案中有更詳細的介紹什麼原因使白雲看起來是白的，又是什麼原因使烏雲看起來是昏暗的？ - Tomoya Okazaki 的回答）。回答裡的好看的圖都非原創，侵刪。

原理：

彩虹是因為Sunny射到空中接近球形的小水滴，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，總共經過一次反射兩次折射。

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，紅光的折射率比藍光小，而藍光的偏向角度比紅光大。

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。因此，彩虹和霓虹的高度不一樣，顏色的層遞順序也正好反過來。

彩虹意旨光線經過兩次折射一次反射，霓虹則是光線經過兩次折射兩次反射。

擴充套件資料：

多重彩虹

大多數人因為沒有積極的去觀察而不會注意到霓，霓是經常出現在主虹外側昏暗的第二道彩虹。霓是Sunny經由雨滴內兩次反射和兩次折射產生的，出線的角度在50–53°。

兩次反射的結果，使得霓的色彩排列和虹的弧相反，藍色在外而紅色在內。霓比虹闇弱，因為兩次反射不僅使得更多的光線逃逸掉，散佈的區域也更為寬廣。

在虹與霓之間未被照亮的天空，因為是亞歷山大最先描述的，所以被命名為亞歷山大帶。

更暗的第三道虹，甚至第四道虹，都曾經被拍攝過。這些是Sunny在雨滴內經過三次或四次反射造成的。

這些虹都出現在與太陽同一側的天空，第三道和太陽相距約40°，第四道則約為45°。因為Sunny的關係，用肉眼很難看見。

Felix Billet （1808–1882） 敘述過更高階的虹，他描繪出第19道虹的位置，並稱此種模式為"彩虹玫瑰"。

在實驗室內，使用更明亮的光線和準直良好的鐳射，可以觀察到更高階的虹。據報吳等多人在1998年使用類似的方法，以氬離子鐳射光束達到200階的虹。

參考資料: