무지개는 사실 반원으로 보이지만, 무지개는 완전한 원형인데 대부분은, 지표면에 의해 무지개의 하단 부분이 가려져 원형으로 보이지 않는다. 높은 산에서 내려다볼 때 완전한 원형 무지개를 볼 수 있다. 지상에서 볼 때는 지면이 가로막혀 반원처럼 보이는 것뿐이다. 높은 고도에서 즉 비행기 안에서 무지개를 보면 원형으로 볼 수 있다, 이 경우 무지개의 중심이 훨씬 더 높은 곳에 위치하는 원형 처럼 보일 수 있다. 무지개가 원형으로 보이는 이유는 빛의 굴절 각도와 대칭성 때문이다. 먼저, 빛이 물방울을 통과할 때 굴절되는 각도가 일정하므로, 무지개는 원형으로 형성된다. 무지개는 빛이 물방울을 통과하면서 굴절, 반사, 그리고 다시 굴절되는 과정에서 생기는 자연현상이다. 이 과정은 태양 빛이 비가 온 후 공기 중에 또 있는 물방울에 닿을 때 발생하며 또한, 물방울이 공기 중에서 무작위로 분포하고 있지만, 각 물방울이 빛을 굴절시키는 원리는 같다. 이러한 대칭성 때문에 무지개는 원형이다. 무지개의 색깔은 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라 순이다. 이 색깔은 빛의 분산 때문에 형성되고. 빛이 물방울을 통과할 때 각 색깔의 빛은 다르게 굴절되기 때문에 무지개는 여러 가지 색깔로 나타난다.
무지개는 관찰자의 위치에 따라 각기 다른 색으로 보일 수 있다. 무지개는 빛이 물방울을 통과하고 나오는 각도에 따라 색이 분리되기 때문에, 각 관찰자에게는 다른 각도에서 굴절된 빛이 보인다. 이 때문에 한 사람에게는 빨간색이 보이는 위치에서 다른 사람에게는 다른 색이 보일 수 있다. 무지개를 형성하는 빛의 각도는 특정하게 정해져 있다. 빨간색은 약 42도의 각도로 굴절되며, 보라색은 약 40도의 각도로 굴절된다. 관찰자의 눈에 들어오는 빛의 각도가 다르므로 같은 무지개라도 보는 사람마다 그 위치와 각도에 따라 다르게 보일 수 있다. 예를 들어, 무지개의 바깥쪽 부분에서 빛이 굴절되어 나오는 부분을 한 사람이 본다면, 그에게는 주로 빨간색 빛이 보인다. 반면, 다른 사람이 무지개의 조금 더 안쪽에서 굴절된 빛을 본다면 그에게는 초록색이나 파란색 빛이 보일 수 있다. 두 사람이 같은 장소에 있어도 서로 다른 각도에서 무지개를 본다면, 각자가 보는 색이 달라질 수 있다. 하지만, 무지개가 특정한 각도에서만 관찰할 수 있으므로 대체로 같은 방향에서 비슷한 무지개가 보이긴 하지만, 관찰자들이 정확히 같은 색을 볼 것이라고 보장할 수가 없다.
무지개가 보이는 조건은 보통 태양이 낮고, 하늘의 반대편에 비가 내릴 때 관찰된다. 태양 빛이 뒤에서 물방울을 비추고, 그 빛이 관찰자 쪽으로 굴절되고 반사되어 무지개가 형성되어 환상적인 모습이 연출된다. 때때로 두 개의 무지개가 보이는 경우가 있다. 이중 무지개라고 하며 쌍무지개라고 한다. 첫 번째 무지개는 위에서 설명한 것과 같은 과정으로 형성되며, 두 번째 무지개는 빛이 물방울 안에서 두 번 반사된 후 다시 굴절되어 나타난다. 이중 무지개는 두 번째 무지개가 첫 번째 무지개보다 색깔의 배열이 반대이고, 더 흐리고 넓은 모양이다. 무지개는 이러한 빛의 물리적 성질에 의해 형성되는 아름다운 자연현상으로, 과학적 원리가 있지만, 그 자체로도 시각적으로 보이는 최고의 선물이다. 한가지 궁금한 것은 무지개의 끝에는 뭐가 있을까? 사실 무지개의 끝에는 아무것도 없다. 무지개는 빛이 공기 중의 물방울에 의해 굴절되고 반사되어 생기는 광학적 현상으로, 물리적으로 실체가 있는 것이 아니기 때문이다. 그래서 무지개의 끝을 찾아가도 도달할 수 없으며, 무지개의 끝에 무언가가 있다는 생각하는 것은 일종의 환상이며 인간의 호기심과 마음이다.
어떤 때는 무지개 옆에 또 다른 무지개, 즉 보조 무지개가 나타날 수 있다. 이는 물방울 내에서 빛이 두 번 반사되는 현상 때문이다. 보조 무지개는 주 무지개보다 색깔이 흐리고, 색깔의 순서가 반대이다. 보조 무지개가 생길 때 반대인지 관찰하여보자 무지개가 형성되는 고도는 비구름의 높이는 무지개는 비가 내리는 동안이나 비가 갠 직후에 자주 발생하는데 일반적인 비구름은 지상에서 약 2km에서 3km 고도의 대기 중에 위치하며. 따라서 무지개는 이 구름에서 떨어지는 빗방울을 통해 발생할 수 있다. 무지개는 관찰자가 있는 위치에 따라 다르게 보인다. 예를 들어, 관찰자가 높은 산 위에 있다면, 무지개 일부가 아래쪽에 있는 것처럼 보일 수 있다. 반대로, 평지에 있을 때는 무지개의 중심이 하늘 높이 떠 있는 것처럼 보인다. 따라서 무지개가 형성되는 고도는 물방울이 또 있는 위치에 따라 달라지며, 대개 지상에서 수백 미터에서 수 킬로미터 높이에 걸쳐 보일 수 있다. 하지만 실제로 무지개의 "높이"는 고정된 것이 아니라 관찰자의 위치와 관련이 있다. 무지개를 보면 좋은 일이 생길 것이라는 믿음은 다양한 문화와 전설에서 비롯된 긍정의 아이콘이다. 비가 갠 뒤에 나타나는 무지개는 종종 희망, 행운, 새로운 시작을 상징하며, 마음이 기쁘다.
