Ánh sáng mặt trời đi theo đường thẳng nhưng bị chệch hướng khi đi qua ranh giới các chất có mật độ khác nhau. Chẳng hạn như đi từ không khí sang thuỷ tinh, hoặc từ không khí vào nước. đó là hiện tượng khúc xạ. Như vậy những giọt nước ở trong không khí có thể làm khúc xạ tia sáng Mặt trời, nhưng với điều kiện tia nắng phải bắt gặp giọt nước dưới một góc tương đối nhỏ: Điều đó giải thích tại sao ta lại nhìn thấy cầu vòng vào buổi sáng hoặc buổi chiều, chứ không bao giờ vào buổi trưa.

Khi đi trên máy bay, đôi khi ta có thể nhìn thấy phía dưới mình, có một vòng tròn gồm đủ các màu sắc của cầu vồng.