Il fenomeno dell'arcobaleno si basa sui due fenomeni della rifrazione e della riflessione. Passando dall'aria alla goccia d'acqua il raggio di luce viene rifratto, poi viene riflesso all'interno della goccia d'acqua e di nuovo viene rifratto nel passaggio dalla goccia d'acqua all'aria. L'angolo di deviazione totale subito dai raggi luminosi è pari a circa 42°. Dal momento che, come nel caso del prisma di vetro, la deviazione subita dalla luce dipende dalla componente cromatica della luce, la luce che arriva all'osservatore risulta scomposta nei singoli colori. Dalla figura notiamo anche come, per poter osservare un arcobaleno, è necessario mettersi con il sole alle spalle.