A szivárvány kialakulásához két dologra van szükség: vízcseppekre és napfényre. Ha mindkettő jelen van, a vízcseppek apró prizmákként viselkednek.
Amikor a napsugár eléri a cseppet, áthaladhat rajta – ezt azonban nem látjuk –, vagy belépéskor megtörhet, visszaverődhet a csepp hátsó felületéről, majd kilépéskor ismét megtörhet, immár más szögben. Eközben diszperzió történik: a fehér fény különböző színekre bomlik a vöröstől az ibolyáig.
A színekhez eltérő hullámhossz tartozik, ezért más-más szögben törnek meg. Így jön létre az a színkép, amelyet szivárványként érzékelünk.
A fénytörés és a visszaverődés meghatározott szögekben zajlik, ezért az egyes színek is csak bizonyos irányból láthatók. A vörös fény például körülbelül 42 fokos, az ibolya pedig nagyjából 40 fokos szögben lép ki a vízcseppből. Ahhoz, hogy megpillantsuk a szivárványt, úgy kell elhelyezkednünk a fényforrás – rendszerint a Nap – és a vízcseppek között, hogy a tekintetünk iránya és a beeső fény közötti szög 40–42 fok legyen.
## Valójában teljes kör
A szivárvány nem egyszerűen egy ív: valójában kör alakú, csak a felszínről rendszerint a felső részét látjuk. Az alsó részt többnyire eltakarja a horizont, ezért jelenik meg előttünk színes ívként.
Repülőgépről vagy egy magas hegycsúcsról viszont megfelelő körülmények között a teljes kör alakú szivárvány is megfigyelhető. A jól ismert forma tehát a fénytörés, a visszaverődés és a diszperzió törvényeiből, valamint a megfigyelő helyzetéből adódik.
