Een regenboog ontstaat doordat zonlicht wordt gebroken en gereflecteerd door waterdruppels in de lucht. Het zonlicht is wit licht, wat bestaat uit alle kleuren van de regenboog. Wanneer het zonlicht in een waterdruppel valt, wordt het gebroken. Dit betekent dat het licht in verschillende richtingen wordt verspreid. De verschillende kleuren van het licht worden in verschillende richtingen gebroken, afhankelijk van hun golflengte. De rode kleur heeft de langste golflengte en wordt dus het minst gebroken. De violette kleur heeft de kortste golflengte en wordt dus het meest gebroken.
De waterdruppel reflecteert ook het licht. Dit betekent dat het licht terug in de richting van de waarnemer wordt gestuurd. De waarnemer ziet dus een regenboog van gebroken en gereflecteerd zonlicht.
De regenboog is altijd recht tegenover de zon te zien. Dit komt doordat het licht dat de regenboog veroorzaakt, wordt gereflecteerd aan de achterkant van de waterdruppel. De waarnemer staat op één lijn met de zon en het middelpunt van de regenboog.
De regenboog is eigenlijk een cirkel. Vanuit het vliegtuig of op een berg is het soms mogelijk om dit te zien.
De sterkte van de regenboog hangt af van de hoeveelheid waterdruppels in de lucht. Hoe meer waterdruppels, hoe sterker de regenboog. De regenboog is ook sterker als de zon laag aan de hemel staat.
Regenbogen kunnen ook worden veroorzaakt door andere bronnen van licht, zoals kunstlicht of de stralen van een soldaat.