비가 그친 뒤 물방울이 많은 대기에 햇빛이 비칠 때 나타나는 아름다운 빛깔의 반원형 호(弧). 태양의 맞은편 쪽에 반지름이 빨강 부분에서 약 42˚, 보라 부분에서 약 40˚의 원호(圓弧)를 이루며, 그 사이에 스펙트럼으로 분광(分光)된 색이 나란히 있다. 색은 바깥쪽으로부터 빨강·주황·노랑·초록·파랑·남·보라 순이며, 반드시 이 색들이 모두 나타나는 것은 아니다. 색이 모두 나타나는 것이 ＜주(主)무지개＞이다. 이 주무지개 바깥쪽에서 더 큰 ＜부(副)무지개＞를 볼 수 있다. 이것은 색배열이 주무지개와는 반대로 바깥쪽이 보라, 안쪽이 빨강이며 반지름은 보라 부분에서 약 54˚, 빨강 부분에서 약 50˚이다. 그리고 무지개와 무지개 사이의 하늘은 다른 부분보다 어둡게 보인다. 또 산에서 갑자기 쏟아지던 소나기가 갠 경우에는 주무지개 안쪽에 분광된 스펙트럼 색이 여러 번 되풀이 반사되고 있는 경우가 있는데, 이것을 ＜과잉무지개＞라고 부른다. 흔히 7색무지개 또는 5색무지개라고 하는데, 그 색은 태양빛의 굴절률의 차이로 스펙트럼으로 나뉘어 보이는 것이므로 5색 또는 7색으로 한정되어 있는 게 아니고, 본디 빨강에서 보라까지 연속된 파장(波長)으로서 다만 그 가운데에서 5색이나 7색의 대표적인 색의 이름을 부르고 있을 뿐이다. 주무지개는 태양광선이 물방울에 들어갈 때 1번 굴절하고, 물방울 내면에서 전반사(全反射)를 1번, 물방울을 나올 때 다시 1번 굴절함으로써 생긴다. 이때 빛의 파장(色)에 따라 굴절률이 다르므로 보라에서는 입사(入射) 광선과 40˚ 방향, 빨강에서는 42˚ 방향으로 되돌아나가는 것이 강해진다. 이것은 프리즘에서 굴절하여 광선의 방향이 바뀌어질 때의 최소편각(最小偏角) 방향에 해당하는 것이다. 이와 같은 이유로 주무지개에 둘러싸인 안쪽의 하늘은 밝지만, 바깥쪽 하늘은 굴절하여 흘러드는 빛이 적으므로 어두워 보인다. 부무지개의 경우는 광선이 이 물방울에 들어갔다 나옴으로써 굴절을 2번, 물방울의 내면에서 전반사를 2번 되풀이하여 생긴다〔그림 1〕. 물방울이 클 때에는 무지개 빛깔이 선명하여 태양스펙트럼의 이른바 7색이 모두 보이지만, 물방울이 작으면 빛깔이 뚜렷하지 못하므로 안개비나 안개가 낀 경우에는 흐린 흰색 띠로 보인다. 이것을 ＜안개무지개＞ 또는 ＜흰무지개＞라고 한다. 빗방울이 커서 빛깔이 선명한 무지개와 이 흐릿한 안개무지개와의 중간크기 물방울일 때에는 무지개 속에 빨강색이 보이지 않고 폭이 넓어지며 전체적으로 푸른빛을 띠어 과잉무지개는 누런 빛에서 흰빛으로 되어간다. 〔그림 1〕에서는 기하광학(幾何光學)을 이용한 간단한 설명으로 무지개가 어떻게 생겨나는지를 대강 알 수 있는데, 물방울이 작아졌을 때의 색의 변화 및 과잉무지개가 어떻게 생기는가에 관한 것 등은 파동광학적(波動光學的)인 복잡한 설명을 필요로 한다. 〔그림 2〕의 설명에서도 알 수 있듯이 반꼭지각[半頂角(반정각)] 약 40˚의 원추상(圓錐上)에 있는 물방울에 빛깔이 나타나 보이는 것이므로 해가 질 때면 대개 반원형 무지개가 보이지만, 오후 이른 시각 태양이 아직 높이 떠 있을 때에는 지평선 가까운 곳에 원호의 꼭대기 부분밖에 보이지 않는다. 폭포 가까이에서는 물방울이 많으므로 태양을 등지고 물을 바라보면 무지개가 보이는 수가 많다. 인공적인 분수에서도, 또 가정에서 물뿌리개로 화초에 물을 주는 경우에도 무지개 현상이 보인다. 무리(halo)·광관(光冠)·글로리 등도 하늘에서 볼 수 있는 빛의 현상으로서는 공통된 것인데, 무리는 하늘에 떠 있는 미세한 얼음알갱이에 의한 빛의 굴절과 반사, 광관과 글로리는 하늘에 떠 있는 미세한 물방울에 의한 빛의 회절현상(回折現象), 그리고 무지개는 빗방울 속으로 드나들 때의 빛의 굴절과 반사에 의해 생겨난다는 점이 서로 다르다
