Gökkuşağı güneş ışığının görüntüleyicinin arkasından su damlacıklarına girmesiyle oluşur. Su damlacıklarının geometrisi kırılma ve yansıma sağlar. Farklı dalga boylarına sahip ışıklardan oluşan güneş ışığı, su damlasına girdiğinde kırılma nedeniyle oluşan dalga boylarına ayrılır ve daha sonra damlacık iç yüzeyinden izleyiciye yansıtılır. Işın damlacıktan çıktığında tekrar kırılmaya maruz kalır.
Işık ışını, su damlacıkları içinde birkaç iç yansımaya maruz kalabilir. İkincil gökkuşakları, ışık çıkmadan önce damlacık içinde iki kez yansıdığında oluşur. Işık, damlacık içerisinde altı defaya kadar yansıtabilir.
Su damlacıklarının boyutu gökkuşağının geometrisini etkilemez. Bununla birlikte, sis veya siste olanlar gibi çok küçük damlacıklar efekti azaltır. Saçılma etkisi, ışığın dağılmasından dolayı bileşen renklerine dağılmasının etkisini arttırır. Bu şekilde oluşan bir "sisli yay", bir gökkuşağının aynısı yayına sahiptir, ancak spektral renklerden yoksundur ve beyaz bir yay gibi görünür. Moonbowlar ayrıca geceleri oluşur. Beyaz gözüküyorlar çünkü insan gözü geceleri renge daha az duyarlı.
Gökkuşağı yalnızca belirli bir konumdan görünür ve izleyici hareket ettikçe değişir ve hareket eder. Perspektifteki değişiklik nedeniyle farklı izleyicilerden farklı görünüyorlar.
Gökkuşağılarda görülen ışığın kırılmalarını bir cam prizma kullanarak yeniden yaratmak mümkündür. Kırılan ışıkta görülen renklerin sayısı 100 kadar olabilir, ancak bir gökkuşağı oluşturmadaki değişkenlerin sayısı nedeniyle, görünen renklerin sayısı büyük ölçüde değişebilir. Gökkuşağı-kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ile ilişkili yedi renk. çivit mavisi ve menekşe, yedi nota ile müzikal ölçekte ilişkilendirdiği Isaac Newton'a kadar uzanıyor.
