El arcoíris es un fenómeno óptico que se produce cuando la luz del sol incide sobre gotas de lluvia suspendidas en el aire. La luz blanca penetra en cada gota, se refracta (cambia de dirección al pasar del aire al agua), se refleja en la pared interior de la gota y se refracta de nuevo al salir, separándose en sus colores componentes. Cada color sale en un ángulo ligeramente diferente: rojo a ~42° y violeta a ~40° respecto al eje sol-observador.
Para ver un arcoíris, el sol debe estar a tu espalda y la lluvia delante. Cuanto más bajo está el sol, mayor es el arco (al amanecer o atardecer, el arcoíris es un semicírculo completo; desde un avión, se puede ver un arcoíris circular completo). Los colores del arcoíris primario son, de fuera a dentro: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta. A veces se ve un arcoíris secundario más tenue y con los colores invertidos, formado por una doble reflexión dentro de las gotas.
En meteorología, el arcoíris es indicador de que la precipitación está cesando en una dirección mientras el sol emerge en la opuesta. Es más frecuente verlo por la tarde (con chubascos del oeste iluminados desde el este) que por la mañana. Los arcoíris de gotas muy pequeñas (como la llovizna) aparecen más blanquecinos (arcoíris de niebla). La física del arcoíris fue explicada por primera vez correctamente por Descartes (1637) y Newton (1666).