Los arco iris se forman cuando la luz del sol entra en las gotas de agua desde detrás del espectador. La geometría de las gotas de agua permite la refracción y la reflexión. La luz solar, que está compuesta de luz de diferentes longitudes de onda, se divide en las longitudes de onda constitutivas debido a la refracción cuando ingresa a la gota de agua, y luego se refleja desde la superficie interna de la gota hacia el espectador. El rayo sufre refracción nuevamente cuando sale de la gota.
El rayo de luz puede sufrir varios reflejos internos dentro de la gota de agua. Los arco iris secundarios se forman cuando la luz se refleja dos veces dentro de la gota antes de salir. La luz puede reflejar hasta seis veces dentro de la gota.
El tamaño de las gotas de agua no afecta la geometría del arco iris. Sin embargo, gotas muy pequeñas, como las de niebla o niebla, reducen el efecto. El efecto de dispersión supera el efecto de dispersión de la luz en sus colores componentes debido a la refracción. Un "arco de niebla" así formado tiene el mismo arco que un arco iris, pero carece de los colores espectrales y aparece como un arco blanco. Los arcos lunares también se forman de noche. Aparecen blancos porque los ojos humanos son menos sensibles al color en la noche.
Los arco iris son visibles solo desde una posición particular, y se alteran y mueven a medida que el espectador se mueve. Aparecen diferentes para diferentes espectadores debido al cambio de perspectiva.
Es posible recrear la refracción de la luz que se ve en el arco iris usando un prisma de vidrio. El número de colores que se ven en la luz refractada puede llegar a 100, sin embargo, debido al gran número de variables que forman un arco iris, el número de colores visibles puede cambiar mucho. Los siete colores asociados con el arco iris-rojo, naranja, amarillo, verde, azul. Índigo y violeta, se remonta a Isaac Newton, que él asoció con las siete notas en una escala musical.
