虹是光线以一定角度照在水滴上所发生的折射、分光、内反射、再折射等造成的大气光象，光线照射到雨滴后，在雨滴内会发生折射，各种颜色的光发生偏离、其中紫色光的折射程度最大，红色光的折射最小，其它各色光则介乎于两者之间，折射光线经雨滴的后缘内反射后，再经过雨滴和大气折射到眼里，由于空气悬浮的雨滴很多，所以仰望天空时，同一弧线上的雨滴所折射出的不同颜色的光线角度相同，于是就看到了内紫外红的彩色光带，即彩虹。彩虹大多出现在太阳的相对的方向。

​传说

在阿拉伯人的传说里，虹是光明神哥沙赫的弓。当哥沙赫休息的时候，就把自己的弓――虹，挂在云端。多少年来，人们欣赏虹，流传着虹的神话，同时也努力揭开虹的秘密。中国早在北宋时候，对天空中的虹就有了科学的解释。当时的沈括在《梦溪笔谈》中引用孙彦红的话说：“虹，日中水影也。日照雨，则有之。”在中国，虹可以认为是双头蛇、龙，同时白虹经天等天象被认为是不吉的征兆。

传说，虹为一种首尾生口的怪兽，喜出没于瀑布处饮水，若遇见男子便会变幻为女性引诱以吃掉。所以，虹字在中国民间传说中又是一种双头的怪兽。（详见：《白鱼解字》——流沙河）

成因

虹就是太阳光照射到雨滴上发生色散形成的。雨刚过后，天空中悬浮着很多小水滴，当太阳光进入水滴就像进入三棱镜那样发生色散。虹就是太阳光通过水滴进行两次折射和一次反射反射形成的。

当光线(通常是阳光)穿过悬挂在大气中的水滴时，彩虹就形成了。光波穿过水滴时会改变方向，产生两个过程：反射和折射。当光线反射到水滴上时，它就会从水滴的发源地向相反的方向反射回来。当光线折射时，它会走一个不同的方向。

彩虹的形成是因为白光进入水滴，在水滴中向几个不同的方向弯曲。当这些弯曲的光波到达水滴的另一边时，它们会反射回液滴，而不是完全穿过水。由于白光在水中是分开的，折射光在人眼看来是不同的颜色。

费马指出：光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值，也就是说，光沿光程为最小值，最大值或恒定值的路程传播。这是几何光学中一个最普遍的原理，称为费马原理，其数学表达式如下：

∫nds=极值（极小值，极大值或恒定）

在一般情况下，实际光程大多取极小值，如光在平面分界上的反射和折射，在其他情况下也大多如此，费马本人最初提出也是最短光程。但若反射面是旋转曲面，实际的光程可能是极大值或恒定值。根据两点间直线最短这一几何公理，从费马原理可以直接推出光在均匀介质（或真空）中沿直线传播。

虹是通过雨滴反射和折射形成的，雨滴是不断下落的，而看到的虹的位置是固定不变的。原来，雨滴是在不断下落的一个雨滴下落后，又有新的雨滴落到原来的位置，产生同样的色彩。由于人眼的视觉暂留，当前一个雨滴色彩印象还没有消失时，补充到这个位置上新的雨滴色彩又进入了人的眼睛，于是人就看到了连续不断的虹。

入射到雨滴上的太阳光会在许多方向上射出，如果七种颜色的光线转过的最大夹角都相同，那么它们的强度都一样，则混合在一起恢复为白光。如果一种颜色的光在不同的角度射出的光强都一样，七种颜色的光混合在一起恢复为白光。只有在最大夹角附近的出射的光线相对最明亮，不同颜色的光的最大夹角不同，当它们同时进入人的眼睛，人们才能看到美丽的彩虹。因为光线转过的最大角度是钝角，所以观察者必须位于太阳和雨滴之间才能看到彩虹。

虹的色彩和宽度与雨滴大小有关。雨滴愈大，虹带愈狭窄，色彩愈鲜明；反之，雨滴愈小，虹带愈宽，色彩愈暗淡。雨滴过小，则不可能出现虹。又因为虹是“日照雨”时形成，它总是出现在太阳的对面，所以朝虹见于西方，暮虹见于东方。

区别

有时在虹的外侧还能看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，色序是外紫内红。称为副虹或霓。霓和虹的不同点仅仅在于光线在雨点内产生二次内反射，因此光线通过雨滴后射到眼帘时，光弧色带就与虹正好相反。