彩虹其实是一种光学现象。雨后，空气中有大量的小水滴悬浮在空中，当光线经过这些水滴时，光就会出现折射现象。而在光的折射过程中，红橙黄绿青蓝紫等色光的折射角度不同，便形成了我们看到的彩虹。
其实，只要空气中有水滴，而阳光又在观察者的背后以低角度照射时，便有可能观察到彩虹。一般情况下，只要在晴朗的天空下背对阳光在空气中洒水，那么我们也可以人工制造彩虹了。
另外，彩虹的色彩鲜艳程度和大小与空气中水滴的大小有关。水滴大时，彩虹的颜色鲜艳，也比较窄；反之，水滴小，颜色浅，也比较宽。
彩虹的出现还与天气的变化有着密切联系。一般来说，东方出现彩虹时，本地不大容易下雨。而当西方出现彩虹时，本地下雨的可能性却很大。
有的小伙伴有时还会看到两条彩虹同时出现。这其实是阳光在水滴中经过了两次反射又形成了副虹（又称霓)。副虹位置在主虹之外，因为有两次的反射，副虹的颜色次序跟主虹反转，外侧为蓝色，内侧为红色。副虹其实一定跟随主虹存在，只是因为它的光线强度较低，有时不被肉眼察觉而已。
历史上的科学家们对彩虹进行了不断的探索。早在14世纪就有人提出彩虹是水滴对阳光的折射和反射形成的。17世纪，笛卡尔又证明了副虹是经过了两次反射造成的。后来牛顿用玻璃棱镜展示把太阳光折射成彩色后，关于彩虹的形成的光学原理才全部被发现。