Οπτικό φαινόμενο, που οφείλεται στην ανάκλαση, διάθλαση και ανάλυση του ηλιακού φωτός από τις αιωρούμενες στην ατμόσφαιρα υδροσταγόνες της βροχής. Το φαινόμενο εκδηλώνεται με την εμφάνιση ομοκεντρικών κυκλικών τόξων, τα οποία έχουν τα χρώματα του ηλιακού φάσματος: από τα τόξα αυτά είναι ορατό ένα έντονο (κύριο ή πρωτεύον) με το ερυθρό χρώμα προς το έξω μέρος του τόξου και με το ιώδες προς το εσωτερικό, και γενικά ένα δεύτερο (δευτερεύον) πάνω από το πρώτο, αλλά λιγότερο φωτεινό και με τα χρώματα αντεστραμμένα ως προς το προηγούμενο. Για να είναι ορατό το ουράνιο τόξο πρέπει ο Ήλιος, να βρίσκεται πίσω από τον παρατηρητή και να σχηματίζει με τον ορίζοντα μια γωνία ίση ή κατώτερη των 42°, και τούτο γιατί ηλιακή ακτινοβολία που εισδύει στην υδροσταγόνα ανακλάται από το εσωτερικό της τοίχωμα και εξέρχεται με ορισμένες γωνίες. Η διεύθυνση της αναδυόμενης φωτεινής δέσμης σχηματίζει με την προσπίπτουσα μια γωνία από 0° ως 42° (πρωτεύον τόξο) για μια μόνο ανάκλαση (σχ. 1) και μια γωνία από 51° έως 53° (δευτερεύον τόξο) για δύο ανακλάσεις (σχ. 2 Μεταξύ αυτών των δύο «προνομιούχων» διευθύνσεων, η πρώτη παρουσιάζει μεγαλύτερη
φωτεινή ένταση, ενώ η δεύτερη υφίσταται μεγαλύτερη κατανομή της φωτεινής ροής, επειδή γίνεται διπλή ανάκλαση και γι’ αυτό το δευτερεύον τόξο εμφανίζεται λιγότερο φωτεινό.
Όταν ο Ήλιος βρίσκεται ψηλά από τον ορίζοντα ή οπωσδήποτε σε ύψος άνω των 42°, το ουράνιο τόξο μπορεί να σχηματιστεί, αλλά δε γίνεται αντιληπτό από τον παρατηρητή.
Το ουράνιο τόξο είναι πάντοτε ορατό μόνο κατά ένα τμήμα του (όταν ο Ήλιος είναι στον ορίζοντα μπορεί να προσεγγίσει το ημικύκλιο), εφόσον το κέντρο του τόξου βρίσκεται στην προέκταση της ευθείας που ενώνει τον Ήλιο με το μάτι του παρατηρητή· Ο διασκεδασμός του ηλιακού φωτός, κατά τη διέλευσή του από δύο διαφορετικά μέσα (αέρας – υδροσταγόνα) με διαφορετικό δείκτη διάθλασης, προσδιορίζει τα χρώματα του ουράνιου τόξου.
Είναι ενδιαφέρον να σημειώσουμε ότι παρατηρητές τοποθετημένοι σε διαφορετικές αποστάσεις κατά τη διεύθυνση Ήλιος – ουράνιο τόξο βλέπουν διαφορετικά ουράνια τόξα, επειδή οι φωτεινές ακτίνες, που αυτοί αντιλαμβάνονται, φτάνουν σ’ αυτούς από ξεχωριστά σημεία της ατμόσφαιρας.
Υπάρχουν, πολύ σπάνια, ουράνια τόξα ψηλά στον ουρανό και με μορφή μερικές φορές τελείως κυκλική: σχηματίζονται κατά την ανάκλαση του ηλιακού φωτός από μια υγρή επιφάνεια. Το σεληνιακό ουράνιο τόξο είναι πολύ σπάνιο και οπωσδήποτε με δυσκολία γίνεται αντιληπτό.
Ένας από τους απαραίτητους όρους για να είναι ορατό το ουράνιο τόξο είναι το να βρίσκεται ο ήλιος πίσω από τον παρατηρητή του φαινόμενου.
