Un arc en ciel constitue un phénomène d’optique (donc n’existe pas réellement) et complexe qui se forme dans le ciel lorsque le soleil brille dans une période de pluie : la lumière se disperse sur les gouttes d’eau.
En fait, ce sont de nombreuses réfractions de la lumière dans les gouttelettes de pluie lors de nuages transparents et peu denses.
Ce phénomène optique et atmosphérique est visible lorsqu’il pleut et lorsque le soleil est bas sur l’horizon : le soleil pénètre dans les gouttes de pluie et ainsi est rétracté et réfléchi et à nouveau lorsqu’il sort de la goutte d’eau il est à nouveau réfracté.
L’arc-en-ciel forme toujours un angle constant de 42 degrés.
L’arc observé à l’œil nu semble composé des couleurs suivantes : rouge (c’est la couleur extérieure de l’arc en ciel qui apparaît le plus haut dans le ciel), orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet (en couleur intérieure).
En fait, il n’y a que six couleurs dominantes : rouge, orange, jaune, vert, bleu et violet et plus scientifiquement un arc-en-ciel est composé d’une infinité de couleurs (une progression de couleurs dégradées), l’œil n’étant pas capable de discerner cette infinité de couleurs.
Par ailleurs, il sera plus ou moins coloré fonction de la grosseur des gouttes : en effet, les gouttes très fines, dans le cas de la bruine par exemple, dispersent mal la lumière. Pour observer le phénomène physique de l’arc en ciel, il faut par conséquent que le soleil soit situé au-dessous de 42 degrés de hauteur.
En outre, ce phénomène physique naturel est observé par les jardiniers, lorsqu’ils tournent le dos au soleil, arrosent avec un jet d’eau dispersé en fine gouttelettes et provoque de ce fait un arc-en-ciel, certes artificiel (la même chose peut se voir vers des cascades ou encore des grandes chutes d’eau).
Les habitants ruraux savent très bien qu’un arc-en-ciel est présage d’averse, ce qui se vérifie souvent.
La nuit, et très rarement, l’arc-en-ciel peut être observé par temps clair et en pleine lune qui se comporte alors en source lumineuse. Et il y a peu de probabilité d’observer un arc-en-ciel vers midi. Plus le soleil est bas sur l'horizon, et plus l'arc-en-ciel est haut.
Dans un avion, il est même possible de voir un arc-en-ciel entier, autrement dit le cercle en entier.
L’arc-en-ciel a très fréquemment une durée d’environ 30 minutes en règle générale.
Enfin, il est possible de voir un second arc-en-ciel situé au dessus du premier arc-en-ciel, ce phénomène étant dû à une second réflexion du soleil à l’intérieur des gouttelettes de pluie, son angle étant d’environ 52 degrés.