يظهر قوس قزح نتيجة انكسار وتشتت وانعكاس أشعة الشمس في قطرات الماء في الغلاف الجوي. بالتفصيل :

1-انكسار الضوء: عندما تمر أشعة الشمس (التي تبدو بيضاء لنا لكنها في الحقيقة تتكون من جميع ألوان الطيف) عبر قطرة ماء، فإنها تنكسر (تغير اتجاهها) لأن سرعة الضوء تختلف في الهواء عنها في الماء. تختلف درجة انكسار كل لون من ألوان الطيف، حيث ينكسر اللون البنفسجي أكثر من اللون الأحمر.

2-الانعكاس الداخلي: بعد انكسار الضوء داخل قطرة الماء، ينعكس جزء منه على السطح الداخلي للقطرة.

3-الانكسار الثاني: بعد الانعكاس الداخلي، يخرج الضوء من قطرة الماء وينكسر مرة أخرى. نتيجة لاختلاف درجات انكسار الألوان، تخرج الألوان منفصلة عن بعضها البعض، مكونة بذلك الطيف المرئي للقوس قزح.

4-ظهور القوس: يحدث هذا في العديد من قطرات الماء، وفي زاوية معينة بالنسبة للشمس (حوالي 42 درجة تحت الأفق في الاتجاه المعاكس للشمس)، تصل ألوان الطيف المنفصلة إلى عين الراصد مكونة قوس قزح.

باختصار، قوس قزح هو ظاهرة بصرية ناتجة عن تفاعل الضوء مع قطرات الماء، حيث ينكسر الضوء ويتشتت وينعكس داخل كل قطرة، منتجا طيف الألوان الذي نراه.