Sateenkaari on silmiinpistävä ja kaunis sääilmiö, joka johtuu valon taittumisesta. Jotta sateenkaari muodostuisi, auringon on oltava lähellä horisonttia, ja aurinkoa vastapäätä on oltava voimakas sumu, sumu tai sade. Auringon ja sateenkaaren välissä seisova tarkkailija näkisi 180 asteen värin, joka kulkee näkyvän spektrin läpi punaisesta violettiin. Joissakin tapauksissa, jos olosuhteet ovat oikeat, muodostuu kaksinkertaisia sateenkaaria, vaalea sateenkaari käänteisissä väreissä ensisijaisen sateenkaaren yläpuolelle, ja toisissa tapauksissa on havaittu täysin pyöreä sateenkaari, yleensä maan yli lentävän lentokoneen sisältä.
Vaikka sateenkaaria on havaittu, kirjoitettu ja kuvattu taiteessa vuosisatojen ajan, sen syytä ei ymmärretty ennen kuin fysiikka alkoi tutkia valon ominaisuuksia. Pohjimmiltaan sateenkaaren syy on auringonvalon heijastuminen yksittäisten vesipisaroiden kautta. Valo tulee veteen ja heijastuu vesipisaran vastakkaiselta puolelta ja palaa takaisin tulopaikan läpi. Koska valon kulma tai taittuminen muuttuu palautuessaan taaksepäin, se suodattaa valon eri väreihin, jotka järjestyvät punaiseksi yläosassa ja violetiksi alareunassa, koska punainen on pisin aallonpituus ja violetti on lyhin.
Kun kaksinkertainen sateenkaari muodostuu, valo taittuu kahdesti, jolloin himmeämpi sateenkaari peilautuu ensisijaisen sateenkaaren yläpuolelle. Mahdollisesti myös kolminkertainen sateenkaari voi muodostua, vaikka se on poikkeuksellisen harvinaista. Heti kun vesi haihtuu tarpeeksi tai aurinko liikkuu, sateenkaari katoaa, koska olosuhteet eivät ole enää optimaaliset valon taittumiseen pisaran läpi. On myös mahdollista, että kuunmuoto muodostuu, vaikka koska ihmisillä on vaikeuksia erottaa väri pimeässä, se näkyy yleensä valkoisen ja harmaan sävyinä.
Sateenkaaria etsivien ihmisten tulisi mennä ulos, kun aurinko on lähellä horisonttia ja on satanut rankkasade tai on aktiivinen myrsky. Jos tarkkailija kääntää selkänsä aurinkoon ja katsoo suoraan aurinkoa vastakkaiseen suuntaan, hän voi nähdä sateenkaaria, jos olosuhteet ovat oikeat, ja kaaren kärki sijaitsee suoraan aurinkoa vastapäätä. Joissakin tapauksissa valaistusolosuhteet ovat oikeat sateenkaarien muodostuessa tarkkailijan läheisyyteen: muuten sateenkaari näyttää edelleen siltä, kuin se siirtyisi pois takaa -ajajasta, kunnes se lopulta katoaa kokonaan, koska tarkkailija on todella kulkenut sen läpi .