彩虹是由于阳光照射在空气中接近球形的小水滴，然后造成色散以及反射而形成的，光波穿过水滴时会改变方向，产生两个过程：反射和折射。当光线反射到水滴上时，它就会从水滴的发源地向相反的方向反射回来。
彩虹的形成是因为白光进入水滴，在水滴中向几个不同的方向弯曲。当这些弯曲的光波到达水滴的另一边时，它们会反射回液滴，而不是完全穿过水。由于白光在水中是分开的，折射光在人眼看来是不同的颜色。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。因此，彩虹和霓虹的高度不一样，颜色的层递顺序也正好反过来。彩虹意旨光线经过两次折射一次反射，霓虹则是光线经过两次折射两次反射。