事實上，只要空氣中有水滴，並且太陽以低角度照射在觀測者身後，就可能出現可觀測到的彩虹現象。彩虹通常出現在下午，雨過天晴的時候。此時的空氣灰塵少了，充滿了水滴，天空的壹邊因為還有雨雲而漆黑壹片。然而，觀察者可以看到陽光，而沒有頭上或身後的雲的覆蓋，因此彩虹更容易被看到。另壹個經常看到彩虹的地方是瀑布附近。天氣晴朗時，可以背對太陽向空中噴水或水霧，也可以人工制造彩虹。
晚霞是壹種罕見的現象，可能出現在月光強烈的夜晚。由於人類視覺在夜間光線較弱的情況下很難分辨顏色，所以夜虹看起來全是白色的。
原則
彩虹的光學原理是太陽光照射到空氣中的球形水滴上，產生色散和反射。當太陽光進入水滴時，會同時以不同的角度入射，並在水滴中以不同的角度反射。其中40到42度的反射最強，產生了我們看到的彩虹。當這種反射發生時，陽光進入水滴，折射壹次，然後在水滴背面反射，最後離開水滴時再次折射。因為水對光有色散作用，不同波長的光折射率不同，藍光的折射角大於紅光。因為光在水滴中被反射，觀察者看到的光譜是顛倒的，紅光在頂部，其他顏色在底部。
雙彩虹，上面是霓虹，下面是彩虹。很多時候，兩條彩虹同時出現，在通常的彩虹之外出現壹條同心但更暗的二次彩虹(也叫霓虹)。二次彩虹是由陽光在水滴中的兩次反射形成的。兩次反射最強的反射角出現在50°到53°，所以次彩虹的位置在主彩虹之外。因為有兩次反射，所以輔助彩虹的顏色順序與主彩虹相反，外側為藍色，內側為紅色。事實上，輔虹必須跟隨主虹，但由於其光強較低，有時肉眼看不到(見)。
彩虹實際上並不出現在半空中的特定位置。它是觀察者看到的壹種光學現象，彩虹看上去的位置會隨著觀察者而變化。當觀察者看到彩虹時，它的位置壹定是在太陽的反方向。彩虹拱形內部的中心實際上是水滴反射的太陽的放大圖像。所以彩虹裏面的天空比彩虹外面的天空更亮。彩虹拱的中心正好是觀察者頭部陰影的方向，彩虹本身在觀察者頭部陰影和眼睛之間的連線上方40到42度。因此，當太陽在天空中高於42度時，彩虹的位置就會在地平線以下，看不見。這也是中午很少出現彩虹的原因。
彩虹從壹端延伸到另壹端。用壹般的35mm相機，妳需要壹個焦距在19mm以下的廣角鏡頭，才能用單幀拍下整個彩虹。如果妳在飛機上，妳會看到彩虹會是壹個完整的圓而不是壹個拱形，而圓形彩虹的中心就是飛機的方向。
蘇格蘭上空的雙彩虹1307年，歐洲有人提出，彩虹是水滴對太陽光的折射和反射造成的。笛卡爾在1637發現水滴的大小不影響光的折射。他通過向玻璃球中註入水進行實驗，得出了水對光的折射率。他從數學上證明了彩虹的主虹是在水點反射造成的，而輔虹是兩次反射造成的。他精確地計算了彩虹的角度，但未能解釋它多彩的顏色。
後來牛頓用玻璃菱面體把太陽光散射成彩色後，發現了關於彩虹形成的所有光學原理。