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。彩虹最常在下午雨后刚转天晴时出现，这时空气中尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗，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。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近，在晴朗的天气下，背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可制造出人工彩虹。
 

月虹，又称晚虹，是一种非常罕见的现象，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，故晚虹看起来好像是全白色。
 

彩虹是因为阳光射到空中接近球形的小水滴，造成色散及反射而成。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，造出我们所见到的彩虹。造成这种反射时，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，总共经过一次反射两次折射。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，红光的折射率比蓝光小，而蓝光的偏向角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来的，红光在最上方，其他颜色在下方。
 

多重彩虹
 

大多数人可能没有注意过霓。霓是经常出现在主虹外侧昏暗的第二道彩虹，是阳光经由雨滴内两次反射和两次折射产生的，以50至53度角呈现的图景。两次反射的结果使得霓的色彩排列和虹的弧相反，蓝色在外而红色在内。霓比虹暗弱，因为两次反射不仅使得更多的光线逃逸掉，散布的区域也更为宽广。在虹与霓之间未被照亮的天空，因为是亚历山大最先描述的，所以被命名为“亚历山大带”。
 

更暗的第三道虹，甚至第四道虹，都曾经被拍摄过。这些是阳光在雨滴内经过三次或四次反射造成的。这些虹都出现在与太阳同一侧的天空，第三道和太阳相距约40°，第四道则约为45°。因为阳光的关系，用肉眼很难看见。
 

反射虹和被反射虹
 

当彩虹出现在水面的物体上时，来自不同光路互补的两个镜弧可能分别出现在水面上和水面下。它们的名称略有不同，如果水面是平静的，被反射虹将呈现镜像出现在水面的地平线下方。阳光在抵达观测者之前首先受到雨滴的偏折，然后经过水面的反射。被反射虹经常可见，甚至在小水坑里都可见。
当阳光在抵达雨滴前先被水面反射时，它可能生成反射虹，如果水面够大，整个表面也是平静的，并靠近雨幕，反射虹便可能出现在地平线之上。它与正常的彩虹交会在地平线处，并且它的弧会在天空的较高处，因为它的中心在地平线之上，而正常彩虹的中心在地平线之下。由于需要上述条件的配合，反射虹是很罕见的。

全圆彩虹
 

全圆彩虹是由雨滴对阳光的“内反射”所造成的，因雨滴和空气的折射率不同而导致。