Ein Regenbogen entsteht, wenn Sonnenlicht auf Regentropfen trifft und dabei in seine einzelnen Farben zerlegt wird. Damit ein Regenbogen sichtbar wird, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: Die Sonne muss scheinen, es müssen genügend Regentropfen in der Luft sein, und die Sonne muss sich hinter der beobachtenden Person befinden.
Trifft das weiße Sonnenlicht auf einen Regentropfen, wird es beim Eintritt in den Tropfen gebrochen, also in seiner Richtung verändert. Im Inneren des Tropfens wird das Licht an der Rückseite reflektiert und anschließend beim Austritt erneut gebrochen. Durch diese zweimalige Brechung und die Reflexion werden die Farben des Lichts voneinander getrennt, da jede Farbe einen leicht unterschiedlichen Brechungswinkel besitzt. Rot wird weniger stark abgelenkt, Violett stärker, wodurch der typische Farbverlauf entsteht.
Da unzählige Tropfen gleichzeitig in der Luft schweben und das Licht jeweils in einem Winkel von etwa 42 Grad zurückwerfen, ergibt sich für den Beobachter die Form eines Bogens. Manchmal wird das Licht im Tropfen ein zweites Mal reflektiert. Dadurch entsteht ein zweiter, schwächerer Regenbogen, dessen Farben in umgekehrter Reihenfolge erscheinen.