Cầu vồng hình thành khi nước trong không khí phản xạ và khúc xạ ánh sáng mặt trời và phân tán ánh sáng mặt trời thông thường màu trắng thành ánh sáng màu. Ánh sáng trắng bao gồm ánh sáng màu uốn cong ở các góc khác nhau khi phản xạ và khúc xạ, tách ánh sáng trắng thành các màu riêng biệt của cầu vồng.
Cầu vồng là ánh sáng trắng được phân tán thành quang phổ màu sắc của nó. Cầu vồng có thể nhìn thấy sau khi ánh sáng mặt trời và các giọt nước trải qua một loạt các hành động. Đầu tiên, ánh sáng khúc xạ khi nó chạm vào bề mặt của một giọt nước. Tiếp theo, ánh sáng phản xạ từ mặt sau của một giọt nước, và cuối cùng, ánh sáng khúc xạ lại khi nó rời đi. Những khúc xạ và phản xạ này xảy ra ở các góc độ khác nhau cho phép các màu sắc khác nhau xuất hiện.
Sự phân tán khiến màu sắc của cầu vồng xuất hiện trong một kiểu cụ thể do các bước sóng duy nhất cho mỗi màu. Ánh sáng xanh lam có bước sóng ngắn hơn ánh sáng đỏ và khúc xạ ở một góc lớn hơn, nhưng sự tán sắc do bước phản xạ của quá trình làm cho ánh sáng xanh xuất hiện ở một góc nhỏ hơn ánh sáng đỏ. Điều này xảy ra đối với từng màu và là lý do tại sao cầu vồng có màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím từ trên xuống dưới. Cầu vồng có thể tạo thành những vòng tròn đầy đủ, nhưng người xem thường chỉ nhìn thấy vòng cung trên mặt đất.
