Веселка пов'язана з заломленням і відбиттям (деякою мірою і з дифракцією) сонячного світла у водяних краплях, зважених у повітрі. Ці крапельки по різному відхиляють світло різних кольорів, у результаті чого біле світло розкладається на спектр. Спостерігач, що стоїть спиною до джерела світла, бачить різнобарвне світіння, що виходить із простору по концентричному колу (дузі). Найяскравіша дуга (первинна веселка) утворена променями, що зазнали одного відбивання всередині крапель. Радіус цієї дуги становить 42° . Промені, що двічі відбилися від стінок краплі зсередини, утворюють вторинну веселку, радіус якої більший приблизно на 10°. Порядок кольорів у ній зворотний. Центр кола, дугу якого описує веселка, завжди лежить у напрямку, протилежному до напрямку на Сонце (Місяць), тобто одночасно бачити Сонце й веселку без використання дзеркал неможливо. Для спостерігача на землі вона зазвичай виглядає як частина дуги кола; чим він вище, тим веселка повніша — з гори або літака можна побачити й суцільне коло . Якщо водяні крапельки, що висять у повітрі, дуже дрібні (туман), веселка виглядяє дещо по-іншому; це пояснюється хвильовими властивостями світла. Така веселка (відома як біла райдуга) ширша і значно слабше забарвлена. У яскраву місячну ніч можна побачити веселку від Місяця . Людський зір влаштований так, що при слабкому освітленні працюють лише найчутливіші рецептори ока – палички , які не сприймають кольорів, тому місячна веселка виглядає білястою; чим яскравіше світло, тим «барвистіша» веселка
У момент сходу сонця проти сонячна крапка (точка М) знаходиться на лінії горизонту і веселка має вид півкола. У міру підняття Сонця проти сонячна крапка опускається під горизонт і розмір веселки зменшується. Вона являє собою лише частина окружності. Часто спостерігається побічна веселка, концентрична з першою, з кутовим радіусом близько 52? і зворотним розташуванням квітів. При висоті Сонця 41? головна веселка перестає бути видимою і над горизонтом виступає лише частина побічної веселки, а при висоті Сонця більш 52е хоч я знаю і побічна веселка. Тому в середніх екваторіальних широтах в біля полудня годинник це явище природи ніколи не спостерігається. Центр дуги веселки знаходиться в напрямку прямої, що проходить через сонячний диск (хоча б і прихований від спостереження хмарами) і очей спостерігача, тобто в точці, протилежної Сонцю. Дуга веселки являє собою частину кола, описаного навколо цієї точки радіусом в 42 ° 30 ‘(в кутовому вимірі).
У релігійних уявленнях народів давнини веселці приписувалася роль моста між землею і небом У греко-римській міфології відома навіть особлива богиня веселки – Ірида. Грецькі вчені Анаксимен і Анаксагор вважали, що веселка виникає за рахунок відображення Сонця в темному хмарі. Аристотель виклав уявлення про веселку в спеціальному розділі своєї «Метеорології». Він вважав, що веселка виникає завдяки відображенню світла, але не просто від усього хмари, а від його крапель. У 1637 році знаменитий французький філософ і вчений Декарт дав математичну теорію веселки, засновану на ламанні світла Згодом ця теорія була доповнена Ньютоном на підставі його дослідів по розкладу світла на кольори за допомогою призми.
