Le principe de base de la formation des arcs-en-ciel est le processus de réfraction et de dispersion de la lumière. Lorsque la lumière du soleil frappe une gouttelette d’eau, elle est réfractée ou courbée lorsqu’elle pénètre dans la gouttelette. Les différentes couleurs de lumière sont réfractées sous différents angles, la lumière violette étant la plus réfractée et la lumière rouge étant la moins réfractée.
Lorsque la lumière traverse la gouttelette d’eau, elle est également dispersée ou séparée en ses différentes couleurs. En effet, la vitesse de la lumière est différente selon les couleurs, la lumière violette se déplaçant plus lentement que la lumière rouge. Les différentes couleurs de lumière sont ainsi séparées lorsqu’elles traversent la gouttelette d’eau.
Après avoir traversé la gouttelette d’eau, les différentes couleurs de lumière sont à nouveau réfractées lorsqu’elles sortent de la gouttelette. Cette fois, la lumière est réfractée de sorte que la lumière violette soit plus courbée que la lumière rouge, ce qui donne l'arc arc-en-ciel familier avec du rouge sur le côté extérieur de l'arc et du violet sur le côté intérieur.
Pour qu’un arc-en-ciel soit visible, le soleil doit être derrière l’observateur et les gouttelettes d’eau doivent être devant l’observateur. Les rayons du soleil doivent également frapper les gouttelettes d'eau selon un angle spécifique afin de produire l'effet arc-en-ciel.
Il convient de noter que les arcs-en-ciel ne sont pas des objets avec lesquels on peut toucher ou interagir physiquement. Ce sont des illusions d'optique créées par l'interaction de la lumière et des gouttelettes d'eau, et leur apparence dépend du point de vue du spectateur. La position du soleil et des gouttelettes d'eau par rapport à l'observateur est cruciale pour voir un arc-en-ciel.
