彩虹的形成原理是當太陽光照射到空氣中的水滴時，光線在水滴內發生折射和反射，最後被分散成七彩光譜並反射回觀察者的眼睛。
這些水滴就像是一個個小型的三稜鏡，由於不同顏色的光線折射率不同，紅光的折射率最低，紫光的折射率最高，因此在彩虹中紫光位於最外層，紅光位於最內層。彩虹的形成過程涉及陽光首次進入水滴時的折射、在水滴內部反射、再次折射的過程。
此外，當陽光以特定的角度照射到雨滴上時，還會產生內紫外紅的彩色光帶。雙彩虹，也稱為副虹或霓，其形成原理相同，但因為額外的內部反射和折射過程，其顏色排列順序與主虹相反。