虹的形成是由於陽光照射到空氣中的水滴，光線在水滴內部發生折射、反射和再次折射的過程。
當光線穿過水滴時，由於不同波長的光（即光的顏色）在水中的折射率不同，它們會分散（色散）開來。在水滴內部，光線首先發生折射，然後在水滴的背面反射，最後再次折射出來。由於紅色光的折射率最小，而紫色光的折射率最大，這導致彩虹中紅色在最外層，紫色在內層。
通常，彩虹的拱形對稱軸朝向太陽的相反方向，這是因爲陽光照射到相對方向的雨滴上。此外，除了常見的彩虹外，有時還可以觀察到霓（次級虹）和霓（三級虹），它們分別由太陽光在水滴內部發生一次和兩次全反射形成。霓通常比虹暗，因爲它在形成過程中的光能量損失較多。