彩虹是由将太阳光分解成不同波长或颜色的水滴形成的。而我们平时看见的彩虹只是半弧形的，这是因为地平线挡住了它的下半部分。而太阳的高度可以决定彩虹弧度的多少，太阳在天空中越低，彩虹的底部就越高。因此站得越高，看到的彩虹弧度就越完整。
由于地球表面是一个曲面并且被厚厚的大气所覆盖，雨后空气中的水含量比平时高，当阳光照射入空气中的小水滴时就形成了折射。同时由于地球表面的大气层为一弧面从而导致了阳光在表面折射形成了我们所见到的弧形彩虹。
来自西澳大利亚州佩斯的摄影师科林-莱昂哈特在旅行经过科茨洛滩时，拍到了一个全圆形彩虹。
科林说：“我们当时在结束一次航拍的返程途中，直升机经过一片阵雨区。当我们穿过雨区边缘的时候，太阳正在落山，位置很低，阳光正好打造出这一奇特的彩虹。它就在我们的正前方形成了。”
于是科林拿出相机，抓拍下了全圆形彩虹的形成过程。
据美国国家航空航天局介绍，全圆形彩虹现象和观测者位置有很大关系，主要是由雨滴对阳光的内反射形成的。
空中漂浮的小水滴就像一个个球形透镜，阳光射入水滴后，经过折射、反射再折射出来，进入我们的眼睛。本来的白光进入水滴后，会像牛顿的三棱镜实验一样，由于折射而分成不同的色光，所以彩虹才有不同的颜色。
空气中布满水滴，为什么我们只看到一道彩虹，而不是到处都有彩虹呢?这是因为光线入射水珠的位置，只有一个角度会让折射出的光线强度最大(见图A)。这就是解读彩虹现象的最基本原理：入射光和眼睛见到色光的视线间有一个固定的夹角。
因此，并不是只有空中某些特别的水珠会产生彩虹，而是只有在特定角度的水珠所折射出来的色光才能进入我们的眼睛。这个角度和不同色光的折射率有关，例如红光的折射率较小，夹角较大(约42°13')；反之，紫光折射率小，夹角就较小(约40°30')。这就造成红色在上、紫色在下的彩虹。
因为阳光是平行入射，由上述原理和“并行线同位角相等”定理，进入眼中的色光会因为空气中的水珠层厚度的增加而加强，这就是为什么大雨后的彩虹较清楚、小雨后的较淡薄的原因。
由于固定夹角的限制，当太阳在我们头上时，折射的光线不能进入眼睛，所以看不到彩虹。必须到下午4点以后，彩虹才会在山峦或城市的天际出现，而且随着时间越接近傍晚，彩虹的位置会越高，这也是前述基本原理的应用。
根据同样的原理，考虑以通过眼睛平行于入射阳光的直线为轴，旋转在你眼中造成彩虹的入射光线，这时，进入眼睛的折射色光，会转出一个圆锥面。如果入射光与地面不平行(例如下午4点时)，这个圆锥面投射到我们眼里，看起来只是一段短圆弧。但是到了傍晚，阳光平行于地面时，我们眼中的彩虹，就几乎是正半圆。
由于地球表面是一个曲面并且被厚厚的大气所覆盖，雨后空气中的水含量比平时高，当阳光照射入空气中的小水滴时就形成了折射。同时由于地球表面的大气层为一弧面从而导致了阳光在表面折射形成了我们所见到的弧形彩虹。
科学证明，所有的彩虹都是全圆形的，只是我们平时无法从地面上看到。想要看到全圆形彩虹是非常难得的，必须具备“天时地利”的条件，所以通常只有飞行员才能见到这种自然奇观。
火焰彩虹，是极为少见的景象，只有太阳处于天顶，太阳光穿射过高海拔处的卷云，并且卷云富含冰晶时，火焰彩虹才有可能产生。火焰彩虹也叫彩虹云。
气象官员又将冰彩虹称作"22度虹"，因为这种环形结构是在太阳周围22度范围内形成的。这种视觉现象是由大气里的盘状冰晶反射阳光形成的冰彩虹，这些冰晶所在的云团一般很薄，而且是一簇簇聚集在一起，常被称作卷云。只有当太阳升得很高(大约位于地平线上方58度范围内)，而且它发出的光正好从高空卷云里穿过时，才能看到这种罕见现象。太阳的高度决定了这种光晕的清晰度。而且卷云里的冰晶必须呈六边形，而且薄薄的冰片必须与地面平行。
我们都知道，彩虹是经常在雨后出现的，而且经常会出现。但是，这种月亮彩虹并不经常被人们看到。因为月亮彩虹形成的条件比较少见，它一般都是在满月或者是马上就满月的夜晚，而且还需要在月亮低垂的时候才会发生这种现象。这种月亮彩虹看起来特别的独特，非常漂亮。最经常看到月亮彩虹的地方就是在美国的坎伯兰大瀑布那里，还可以看到很漂亮的月亮彩虹。
