L'arc circumzénithal (CZA) est considéré comme l'un des phénomènes optiques atmosphériques les plus beaux et est souvent décrit comme un « arc-en-ciel à l'envers ». Il apparaît comme un arc brillant de couleurs spectrales situé dans le ciel à environ 46° au-dessus du soleil, avec sa convexité pointant vers le haut (s'éloignant du soleil), contrairement à l'arc-en-ciel classique. Ses couleurs sont exceptionnellement pures et saturées, plus que celles de tout autre halo.
Il se forme par la réfraction de la lumière solaire entrant par la face supérieure plate de cristaux de glace hexagonaux (type plaquette) et sortant par une face latérale, les cristaux étant orientés horizontalement dans des cirrus hauts. Cette géométrie spécifique produit une dispersion angulaire d'environ 46° avec une séparation chromatique exceptionnelle. Il n'est visible que lorsque le soleil est à moins de 32° au-dessus de l'horizon.
Malgré son caractère spectaculaire, l'arc circumzénithal passe fréquemment inaperçu car il se forme très haut dans le ciel, là où peu de personnes dirigent leur regard. Sa présence indique des cirrus avec des cristaux de glace bien formés et orientés, et il accompagne fréquemment parhélies et halos solaires de 22°. Aux latitudes moyennes européennes, on peut l'observer plusieurs dizaines de fois par an avec des ciels de cirrus.