彩虹之所以是弧形而不是直线是因为太阳光进入水滴的时候发生了折射和反射。阳光从一个角度射入水滴内部先折射一次然后在水滴背面反射一次再从另一侧折射出来，出射光线跟入射光线之间的夹角大约在40到42度之间，这个角度决定了你看到彩虹的位置。

地球表面上所有跟太阳形成42度夹角的点连起来恰好是一个圆圈，但地平线遮住了下半部分所以你只能看到上半段弧线。如果站在飞机上从高空俯瞰有时候能看到完整的圆形彩虹因为没有地面遮挡视野是360度的。

彩虹的颜色排列也是固定的红光在外圈紫光在内圈，原因是不同颜色的光折射率不同。紫光折射得最厉害偏转角度最大所以出现在弧线内侧，红光折射最弱偏转角度最小出现在弧线外侧。有时候运气好能看到双彩虹第二道彩虹的颜色排列跟第一道完全相反因为光线在水滴内部多反射了一次顺序就颠倒了，第二道彩虹的亮度也明显比第一道暗因为每次反射都会损失一部分光能。