彩虹是一种自然现象，是由于阳光射到空气的水滴里，发生光的反射和折射造成的。当阳光照射到半空中的雨点，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩的光谱。彩虹七彩颜色，从外至内分别为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生可以观察到的彩虹现象。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射。当中以40至42度的反射最为强烈，这就形成了我们所见到的彩虹。形成这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来，红光在最上方，其他颜色在下。
彩虹最常在下午，雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已没有云的遮挡而可见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。
晚虹是一种罕见的现象，在月光强烈的晚上可能出现。由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分辨颜色，故此晚虹看起来好像是全白色的。
很多时候会见到两条彩虹同时出现，在平常的彩虹外边出现同心，但较暗的副虹（又称霓）。副虹是阳光在水滴中经两次反射而成。当阳光经过水滴时，它会被折射、反射后再折射出来。在水滴内经过一次反射的光缐，便形成我们常见的彩虹（主虹）。若光线在水滴内进行了两次反射，便会产生第二道彩虹（霓）。霓的颜色排列次序跟主虹是相反的。由于每次反射均会损失一些光能量，因此霓的光亮度亦较弱。两次反射最强烈的反射角出现在50°至53°，所以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，所以有时不被肉眼察觉而已。
在现实生活中，另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近。持续不断的瀑布往往会在空气中形成水雾，因此不管天气阴晴，大气的饱和度总是能够保持稳定。这种情况就使得瀑布附近总是伴有彩虹现象。在晴朗的天气下背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可以人工制造彩虹。
空气里水滴的大小，决定了彩虹的色彩鲜艳程度和宽窄。空气中的水滴大，虹就鲜艳，也比较窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比较宽。一般冬天的气温较低，在空中不容易存在小水滴，下雨的机会也少，所以冬天一般不会有彩虹出现。另外，我们面对着太阳也是看不到彩虹的，只有背着太阳才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出现在西方，黄昏的彩虹总在东方出现，可我们看不见，只有乘飞机从高空向下看，才能见到。虹的出现与当时天气变化相联系，一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测当时将出现晴天或雨天。东方出现虹时，本地是不大容易下雨的，而西方出现虹时，本地下雨的可能性却很大。
彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置，会随著观察者而改变。当观察者看到彩虹时，它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其实是被水滴反射，放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置，刚好是观察者头部阴影的方向，虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40°至42°的位置。因此当太阳在空中高于42度时，彩虹的位置将在地平线以下而看不见。这亦是为什么彩虹很少在中午出现的原因。
现在彩虹在人们心中已经不仅是一座美丽的通往天堂的桥，人们还赋予它更高一层的意义，风雨之后见彩虹，彩虹已经成为辛勤努力之后成功的代名词。
趣味链接：下凡喝水的长虹
长虹自天而下，古人见此美景，以为是飞龙下凡喝水，在宋、元时早已有“虹饮涧”的传说。在宋人沈括的《梦溪笔谈》中，详细的记载了他亲身观虹的奇妙景象。熙宁年间，沈括出使契丹途中，在极北方黑水境内的永安山时，一日雨后初晴，看见彩虹出现在帐篷前的山涧中，便与同事一起前往观赏，情景很是奇妙。尽管有“长虹饮涧”的说法，古人已经知道了虹的成因。与沈括同行的孙彦先就解释说，虹是雨中的日光影像，日光照在雨珠上就有虹出现。