Arcurile se formează când lumina soarelui pătrunde în picături de apă din spatele spectatorului. Geometria picăturilor de apă permite refracția și reflexia. Lumina soarelui, care este alcătuită din lumină cu diferite lungimi de undă, se împarte în lungimile de undă care formează din cauza refracției atunci când intră în picăturile de apă și apoi se reflectă din suprafața interioară a picăturii către privitor. Raza revine la refracție atunci când iese din picătură.
Raza luminii poate suferi mai multe reflexii interne în picăturile de apă. Curcubeele secundare se formează atunci când lumina reflectă de două ori în interiorul picăturii înainte de a ieși. Lumina poate reflecta până la șase ori în interiorul picăturii.
Dimensiunea picăturilor de apă nu afectează geometria curcubeului. Cu toate acestea, picături foarte mici, cum ar fi cele din ceață sau ceață, reduc efectul. Efectul de împrăștiere înlătură efectul dispersiei luminii în culorile sale componente datorate refracției. Un "fogbow" astfel format are același arc ca un curcubeu, dar nu are culorile spectrale și apare ca un arc alb. Se formează, de asemenea, noaptea. Ele apar alb, deoarece ochii umani sunt mai puțin sensibili la culoare pe timp de noapte.
Rainbows sunt vizibile numai dintr-o anumită poziție și se schimbă și se mișcă pe măsură ce se mișcă spectatorul. Ele apar diferite de spectatori diferiți datorită schimbării în perspectivă.
Este posibil să se recreeze refracția luminii observate în curcubeu prin utilizarea unei prisme de sticlă. Numărul de culori observate în lumina reflectată poate fi de 100 de ori, datorită numărului mare de variabile în formarea unui curcubeu, numărul de culori vizibile se poate schimba foarte mult. Cele șapte culori asociate cu curcubeu-roșu, portocaliu, galben, verde, albastru. indigo și violet, poate fi urmărit înapoi la Isaac Newton, pe care la asociat cu cele șapte note la scară muzicală.
