No processo de refração, ao passar de um meio material para outro (no caso, do ar para a gota de chuva), o feixe de luz sofre um atraso, isto é, um lado da onda luz desacelera primeiramente, o que causa a separação das cores de acordo com a frequência. A gotícula de água faz isso com a luz.
Todas as gotas de água presentes na superfície refratam e refletem a luz do mesmo jeito, porém o observador consegue captar apenas algumas cores do processo, que depende de sua posição relativa.
E por que o arco-íris se apresenta na forma de um arco e não em vários feixes de luz coloridos? Quando uma gota de água refrata a luz solar, as cores se separam de acordo com a sua frequência e em ângulos diferentes com relação ao observador.
Assim sendo, só uma cor estará em um ângulo visível ao observador e as outras gotas ao redor dela também refratarão a mesma cor, formando uma faixa larga de determinada cor e aparecendo como o arco-íris que conhecemos. Por exemplo, enquanto algumas gotas estão em um ângulo que permite que a cor azul seja refratada diretamente para você, as outras cores passam por cima ou por baixo do alcance da sua visão.