彩虹，稱天穹、天虹、天弓、絳，簡稱虹，是氣象中一種光學現象，太陽光照射到半空中水滴，光線折射及反射，天空上形成拱形七彩光譜，外圈內圈呈、橙、黃、綠、藍、靛藍、堇紫七種顏色[1]（霓虹則相反）。
事實上彩虹有無數種顏色，比如，紅色和橙色之間有許多種細微差別的顏色，文化背景解讀3-9種，只用六七種顏色作為區別[2]。
國際LGBT聯盟彩虹旗為六色：紅橙黃綠藍紫。
紅橙黃綠藍靛紫七色説，六色基礎上紫色分出藍色靛。
現代中國民間七色劃分往往是來毛澤東詩詞中：赤橙黃綠青藍紫[3]，青色這裏指色，即英文cyan，和中國傳統青色含義。
因此，彩虹和霓虹高度，顏色層遞順序反過來。
三色説有：紅綠藍，光學三原色，所有顏色光是這三種顏色混合出來[4]，和亞裏士多德紅、綠、藍三色説，兩頭加中間[5]。
若空氣中有水滴，而陽光正在觀察者背後角度照射，可能產生可以觀察到彩虹現象，彩虹下午，雨後轉天晴時出現，這時空氣內塵埃少而小水滴，天空一邊因為有雨雲而，而觀察者頭上或背後沒有雲遮擋而可見陽光，這樣彩虹會看到。
另一個可見到彩虹地方是瀑布附近，天氣下背陽光空中灑水或噴灑水霧，可以製造人工彩虹。
月虹，稱晚虹，是一種現象，月光晚上可能出現，於人類視覺晚間光線情況下分辨顏色，故此晚虹看起來好像是全白色。
彩虹是因為陽光射空中接近球形小水滴，造成色散及反射而成。
陽光射入水滴時會同時角度入射，水滴內角度反射。
當中以4042度反射，造成我們見到彩虹。
造成這種反射時，陽光進入水滴，折射一次，然後水滴背面反射，後離開水滴時折射一次，一次反射兩次折射。
因為水對光有色散作用，波長光折射率有所不同，紅光折射率藍光小，而藍光偏向角度紅光大。
於光水滴內反射，所以觀察者看見光譜是倒過來，紅光上方，其他顏色下。
因此，彩虹和霓虹高度，顏色層遞順序反過來。
彩虹光線兩次折射、一次反射，霓虹是光線兩次折射、兩次反射。
彩虹形成角度可以上圖粗略計算得到。
設入射光高度上的分佈是勻，界面處損失，角度出現滿足條件
取水折射率
n
=
1.33
{\displaystyle n=1.33}
，可得值出現在
處，此時
視線入射光夾角
4
r
−
2
i
=
42.5
∘
{\displaystyle 4r-2i=42.5^{\circ }}
，進一步計算可知，當
n
{\displaystyle n}
1和2之間時，此角度隨折射率增大而減小，這可以解釋什麼虹外圈是紅色而內圈是紫色。
“霓”是“虹”應一種現象。
虹是下雨天以及雨後天晴之際，陽光穿透空氣中水珠而發生折射，散射出七彩光芒。
彩虹形狀多弧形，出現和太陽相對着方向，從外（半徑）弧內弧顏色紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。
霓叫“副虹”，形成與彩虹原理大致相同，只是光線水珠中反射多了一次，綵帶排列順序和彩虹相反，內，紫在外。
而彩虹和霓主要是因為折射和反射次數上，導致色彩排列相反。
彩虹其實並非出現在半空中位置。
它是觀察者看見一種光學現象，彩虹看起來所在位置，會隨著觀察者位置改變而轉移。
他指出，要看到虹“背日”[6]。
延伸閱讀…
彩虹拱以內中央，其水滴反射，放大了太陽影像。
所以彩虹以內天空彩虹以外。
彩虹拱形中心位置，是觀察者頭部影子方向，虹本身觀察者頭部影子與眼睛一線以上40°42°位置。
因此太陽空中於42度時，彩虹位置地平線以下而不可見。
這是甚麼彩虹會出現中午原因，主要和太陽光入射角度有關係。
彩虹一端另一端，橫跨84°。
35mm機，需要焦距19mm以下廣角鏡頭才可以單格整條彩虹拍下。
倘若夠處，會看見彩虹會是圓形而不是拱形。
早在中國唐朝，孔穎達提出了“若雲薄漏日，日照雨滴虹生”，表明了虹是日光照射雨滴所產生現象。
其後，張志和進行了人工造虹試驗，證實了虹產生是陽光通過水滴結果。
他指出，要看到虹“背日”[6]。
延伸閱讀…
北宋時,天文曆算學進士孫彥提出“虹乃雨中日影，日照雨有。
”説法，解釋了彩虹乃是水滴陽光折射和反射[7]。
孫彥先發現後來宋代沈括夢溪筆談引用及證實，且沈括地觀察到虹和太陽位置與方向是現象[8]。
孫彥先和沈括人虹這些發現西方早了幾百年。
1304年1310年間，歐洲多我會修士迪特里希·馮·弗賴貝格（Dietrich von Freiberg）通過注滿水圓形玻璃瓶置於太陽光下，研究虹形成機理。
他使用注滿水玻璃瓶，不是它看成縮微雲，而是看成放大水滴。
笛卡爾1637年發現水滴大小不會影響光線折射。
他玻璃球注入水來進行實驗，得出水對光折射指數，數學證明彩虹主虹是水點內反射造成，而副虹是兩次反射造成。
他計算出彩虹角度，但未能解釋彩虹七彩顏色。
後來牛頓以三稜鏡展示太陽光散射成彩色後，關於彩虹形成光學原理全部發現。
大多數人因為沒有積極去觀察而會注意到霓，霓是出現主虹外側第二道彩虹。
霓是陽光經由雨滴內兩次反射和兩次折射產生，出線角度50–53°[9]。
兩次反射結果，使得霓的色彩排列和虹弧相反，藍色在外而紅色內。
霓比虹闇弱，因為兩次反射不僅使得光線逃逸掉，散佈區域廣。
虹與霓之間照亮天空，因為是亞歷山大描述，所以命名亞歷山大帶。