事实上，只要空气中有水滴，并且太阳以低角度照射在观测者身后，就可能出现可观测到的彩虹现象。彩虹通常出现在下午，雨过天晴的时候。此时的空气灰尘少了，充满了水滴，天空的一边因为还有雨云而漆黑一片。然而，观察者可以看到阳光，而没有头上或身后的云的覆盖，因此彩虹更容易被看到。另一个经常看到彩虹的地方是瀑布附近。天气晴朗时，可以背对太阳向空中喷水或水雾，也可以人工制造彩虹。
空气中水滴的大小决定了彩虹的亮度和宽度。当空气中的水滴较大时，彩虹明亮而狭窄；相反，如果水滴小，彩虹就会又轻又宽。我们对着太阳看不到彩虹，只有对着太阳才能看到彩虹，所以早上的彩虹出现在西边，晚上的彩虹总是出现在东边。但是我们看不到。我们只能用飞机从天上往下看才能看到它。彩虹的出现与当时的天气变化有关。一般我们可以从天空中彩虹出现的位置推断出当时是晴天还是雨天。东边有彩虹的时候，局部不容易下雨，但是西边有彩虹的时候，局部就很有可能下雨。
彩虹的可见度取决于空气中水滴的大小。水滴越大，彩虹越亮，水滴越小，彩虹越不明显。一般冬天气温较低，空气中不易有小水滴，下雨的机会较少，所以冬天一般不会出现彩虹。
彩虹实际上并不出现在半空中的特定位置。它是观察者看到的一种光学现象，彩虹看上去的位置会随着观察者而变化。当观察者看到彩虹时，它的位置一定是在太阳的反方向。彩虹拱形内部的中心实际上是水滴反射的太阳的放大图像。所以彩虹里面的天空比彩虹外面的天空更亮。彩虹拱的中心正好是观察者头部阴影的方向，彩虹本身在观察者头部阴影和眼睛之间的连线上方40到42度。因此，当太阳在天空中高于42度时，彩虹的位置就会在地平线以下，看不见。这也是中午很少出现彩虹的原因。
彩虹从一端延伸到另一端。用一般的35mm相机，你需要一个焦距在19mm以下的广角镜头，才能用单帧拍下整个彩虹。如果你在飞机上，你会看到彩虹是圆形的而不是拱形的，圆形彩虹的中心就是飞机的方向。
晚霞是一种罕见的现象，可能出现在月光强烈的夜晚。由于人类视觉在夜间光线较弱的情况下很难分辨颜色，所以夜虹看起来全是白色的。
双彩虹经常看到两条彩虹同时出现，在普通彩虹之外出现一条同心但较暗的二次彩虹(也称霓虹)。二次彩虹是由阳光在水滴中的两次反射形成的。当阳光穿过水滴时，会被折射、反射，然后再折射。我们常见的彩虹(主彩虹)是光线在水滴中反射后形成的。如果光线在水滴中反射两次，就会产生第二道彩虹(霓虹)。霓虹的色彩排列与主虹相反。因为每次反射都会损失一些光能，所以霓虹灯的亮度也很弱。两次反射最强的反射角出现在50°到53°，所以次彩虹的位置在主彩虹之外。因为有两次反射，所以辅助彩虹的颜色顺序与主彩虹相反，外侧为蓝色，内侧为红色。实际上，辅虹必须跟随主虹，但有时由于光强较低，肉眼是看不到的。苏格兰上空的双彩虹1307年，欧洲有人提出，彩虹是水滴对太阳光的折射和反射造成的。笛卡尔在1637发现水滴的大小不影响光的折射。他通过向玻璃球中注入水进行实验，得出了水对光的折射率。他从数学上证明了彩虹的主虹是在水点反射造成的，而辅虹是两次反射造成的。他精确地计算了彩虹的角度，但未能解释它多彩的颜色。后来牛顿用玻璃菱面体把太阳光散射成彩色后，发现了关于彩虹形成的所有光学原理。
事实上，如果条件合适，你可以看到整圈的圆形彩虹。太阳光发射到空气中的水滴经过折射→反射→折射，然后发射到我们的眼睛，就形成了彩虹。不同颜色的太阳光束经过上述过程形成的彩虹光束与原光束的偏转角约为180-42 = 138度。也就是说，如果太阳光与地面水平，观看彩虹的仰角约为42度。
想象你在东方看彩虹，太阳在你身后的西方落下。白色的阳光(彩虹中所有颜色的组合)穿过大气层，向东穿过你的头顶，与暴风雨中落下的水滴相遇。当光束接触到水滴时，有两种可能:一是光线可能直接穿透它，或者更有趣的是，它可能接触到水滴的前缘，在进入时使水滴内部弯曲，然后从水滴后端反射回来，再从水滴前端离开，折射到我们这里。这是形成彩虹的光。
光通过水滴时的弯曲程度取决于光的波长(即颜色)——红光的弯曲程度最大，其次是橙光和黄光，以此类推，紫光的弯曲程度最小。
每种颜色都有特定的弯曲角度。阳光中的红光折射角为42度，而蓝光的折射角只有40度，所以每种颜色在天空中出现的位置不同。
如果用一条假想的线把后脑勺和太阳连起来，那么和这条线成42度角的地方就是红色所在的地方。这些不同的位置勾勒出一条弧线。由于蓝色和假想线之间的角度只有40度，彩虹上的蓝色弧线总是在红色的下面。
彩虹之所以呈弧形，当然与其形成密不可分，也与地球的形状有很大关系。由于地球表面呈弧形，被厚厚的大气层覆盖，雨后空气中的含水量比平时高。当阳光照射到空气中时，小水滴会发生折射。同时，由于地球表面的大气是弯曲的，太阳光在表面折射形成了我们看到的弧形彩虹！
原因二:和地球的形状有很大关系。
由于地球表面是一个曲面，被厚厚的大气层覆盖，雨后空气中的含水量比平时高，阳光照射到空气中变成小水滴时发生折射。同时，由于地球表面的大气是曲面，太阳光在表面折射，形成了我们看到的弧形彩虹。