L'arc-en-ciel n'apparaît que pour un observateur situé entre le Soleil et la pluie (le Soleil est derrière lui). Les gouttelettes d'eau diffusent la lumière du Soleil comme le feraient des prismes, sauf que leur forme est ici considérée sphérique. Les rayons de couleurs sont alors diffusés, ils ressortent de la gouttelette en formant un angle d'une quarantaine de degrés avec le rayon incident. Ils ne sont pas réfractés comme dans le cas du prisme.