A fehér fényről tudjuk, hogy különböző hullámhosszúságú, frekvenciájú (színű) fényből áll. A különböző hullámhosszú fény viszont eltérő mértékben törik. Leginkább a rövidebb hullámhosszú fény, a kék törik, a legkevésbé a legnagyobb hullámhosszú, azaz a vörös. Ennek a hullámhosszfüggő fénytörésnek lehetünk tanúi a prizmánál, vagy a légkörben a szivárványnál.

A leggyakoribb légköri optikai jelenség a szivárvány. Szivárványt akkor látunk, ha az elvonult zivatarral szemben a Napnak háttal állunk. A szivárvány kialakulásakor a még levegőben lévő vízcseppeken a fény törést szenved, és visszaverődik a szemünkbe. A szivárványt a napsugárzás irányához képest mindig 42°-os ívben, hajlásszögben látjuk. A szivárvány színei a fénytörés miatt alakulnak ki, a vörös a legkülső, a kék a legbelső íven helyezkedik el. Előfordulhat, hogy egy második, gyengébb ív is keletkezik, amelyben a színek sorrendje fordított.

A szivárvány szabályos köralakban jelenik meg. Ennek az oka az, hogy azok a vízcseppek, amelyeknek megtörnek a sugarai, egy kúp palástján foglalnak helyet. A kúp tengelye párhuzamos a Nap beeső sugaraival, a kúp palástját pedig a cseppekből kilépő sugarak alkotják. Minden szín különböző ívet hoz létre.

A szivárvány színeinek intenzitását és az ív szélességét a vízcseppek mérete határozza meg. Az egyszeri visszatükröződésből fő-, a kétszeresből mellék- (úgynevezett számfeletti) szivárvány jön létre.

Gyakran emlegetik, hogy a szivárványon belül fényesebb az ég. Ennek az oka az, hogy sok fénysugár 42°-nál kisebb szögben lép ki a cseppekből. Ez a többlet fény hozzáadódik a háttér- és előtérfényhez. 42° és 53° közötti szögben nem lépnek ki sugarak, így a fő- és mellékszivárvány között mindig sötét van.