Il principio fondamentale alla base della formazione degli arcobaleni è il processo di rifrazione e dispersione della luce. Quando la luce solare colpisce una goccia d'acqua, viene rifratta o piegata quando entra nella goccia. I diversi colori della luce vengono rifratti ad angoli diversi, con la luce viola che viene rifratta maggiormente e la luce rossa che viene rifratta meno.
Quando la luce passa attraverso la goccia d'acqua, viene anche dispersa o separata nei suoi diversi colori. Questo perché la velocità della luce è diversa per i diversi colori, con la luce viola che viaggia più lentamente della luce rossa. I diversi colori della luce vengono così separati mentre attraversano la goccia d'acqua.
Dopo aver attraversato la goccia d'acqua, i diversi colori della luce vengono nuovamente rifratti quando escono dalla goccia. Questa volta, la luce viene rifratta in modo che la luce viola venga piegata più della luce rossa, risultando nel familiare arco arcobaleno con il rosso sul lato esterno dell'arco e il viola sul lato interno.
Perché un arcobaleno sia visibile, il sole deve essere dietro l'osservatore e le gocce d'acqua devono essere davanti all'osservatore. Anche i raggi del sole devono colpire le gocce d'acqua con un angolo specifico per produrre l'effetto arcobaleno.
Vale la pena notare che gli arcobaleni non sono oggetti che possono essere toccati o con cui si può interagire fisicamente. Sono illusioni ottiche create dall'interazione tra luce e gocce d'acqua e il loro aspetto dipende dalla prospettiva dello spettatore. La posizione del sole e delle gocce d'acqua rispetto all'osservatore è fondamentale per vedere un arcobaleno.
