El arcoíris doble (arcoíris secundario) se forma cuando la luz experimenta dos reflexiones internas dentro de las gotas de lluvia (en vez de una como en el primario). Aparece unos 9° por encima del arcoíris primario, con los colores invertidos (rojo abajo, violeta arriba).
Es más tenue que el primario porque cada reflexión adicional pierde luz. La zona oscura entre ambos arcos se llama banda de Alejandro (por Alejandro de Afrodisias, siglo II): es más oscura que el cielo circundante porque ningún rayo de luz emerge en esos ángulos. En condiciones excepcionales se pueden ver tercer y cuarto arcoíris, pero son extremadamente raros.