Το ουράνιο τόξο είναι ένα φυσικό φαινόμενο, το οποίο εκδηλώνεται ύστερα από τη βροχή, όταν στην ατμόσφαιρα υπάρχουν σταγονίδια νερού και ο Ήλιος προβάλει σιγά σιγά μέσα από τα σύννεφα. Για να γίνει ορατό το ουράνιο τόξο στον παρατηρητή, θα πρέπει ο Ήλιος να είναι πίσω από τον παρατηρητή και οι σταγόνες νερού μπροστά του. Η εμφάνιση του ουράνιου τόξου οφείλεται στο συνδυασμό δύο φαινομένων: του διασκεδασμού και της ολικής ανάκλασης. Διασκεδασμός, είναι η  εξάρτηση του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος, δηλ. ότι τα έξι χρώματα που αποτελούν το λευκό φως: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε και ιώδες,  διαθλώνται με διαφορετικό τρόπο, όταν διέρχονται μέσα από το ίδιο οπτικό μέσο. Έτσι λιγότερο έντονα διαθλάται (δηλ. «στρίβει», αλλάζει πορεία όταν κινείται από ένα οπτικό μέσο σε ένα άλλο) το κόκκινο χρώμα, που έχει μεγάλο μήκος κύματος και περισσότερο έντονα διαθλάται το ιώδες που έχει μικρό μήκος κύματος.

Πιο αναλυτικά:  όταν το λευκό φως του Ήλιου προσπέσει πάνω σε μία σταγόνα νερού που αιωρείται στην ατμόσφαιρα, διαθλάται και λόγω του διασκεδασμού αναλύεται στα χρώματα από τα οποία αποτελείται (όπως συμβαίνει  όταν το λευκό φως προσπέσει πάνω σε ένα πρίσμα). Στη συνέχεια μονοχρωματικές ακτινοβολίες δηλ. τα χρώματα που έχουν διαχωριστεί, προσπίπτουν στο εσωτερικό της σταγόνας με γωνία πρόσπτωσης μεγαλύτερη από την κρίσιμη και υφίστανται ολική ανάκλαση. Μετά την ανάκλαση τους προσπίπτουν και πάλι στο εσωτερικό της σταγόνας (με γωνία πρόσπτωσης μικρότερη από την κρίσιμη) και διαθλώνται ξανά, με αποτέλεσμα να διαχωριστούν ακόμα πιο έντονα, με αποτέλεσμα  ο παρατηρητής να βλέπει  το  φάσμα του λευκού φωτός στον ουρανό, δηλ. το γνωστό μας  ουράνιο τόξο. Σπανιότερα εμφανίζεται το  διπλό ουράνιο τόξο