Si bien 42 grados es el número mágico para las gotas de lluvia, cada medio tiene su propio índice de refracción que determina cuánto se doblará la luz. Un arco iris en el rocío salado de una ola del océano aparecerá con un ángulo ligeramente inferior al de un arco iris de agua dulce.
Un arco iris secundario se forma cuando la luz entra más cerca del fondo de la gota y luego se refleja dos veces internamente, convergiendo a 51 grados. Teóricamente, son posibles incluso más arco iris concurrentes en más ángulos con más reflexiones dentro de la gota. Pero cada reflexión atenúa el rayo, ya que parte de la luz pasa al exterior de la gota en su lugar, por lo que cualquier arco terciario y cuaternario es casi siempre invisible.
El aspecto más fascinante del arco iris -la vívida gama de colores- siguió desconcertando hasta que Newton reveló que la luz del sol está hecha de todos los colores a la vez, mediante su famoso trabajo con los prismas. La refracción de la luz al entrar y salir de una gota de lluvia no sólo concentra la luz en determinados ángulos, sino que también separa, o dispersa, la luz en los colores que la componen, porque la refracción varía con la longitud de onda. Las longitudes de onda más largas, más cercanas al extremo rojo del espectro, tienen índices de refracción más bajos, lo que significa que se curvan menos en la interfaz aire-agua y llegan a nuestros ojos con ángulos más altos. En cambio, las longitudes de onda más cortas, más cercanas al extremo violeta del espectro, tienen índices de refracción más altos, lo que significa que se doblan más hacia abajo en ángulos más amplios cuando vuelven a nuestros ojos. Así, el rojo aparece a 42 grados mientras que el violeta aparece a 40 grados. En un arco secundario, la relación entre la longitud de onda y el ángulo final se invierte, produciendo una versión invertida del primer arco iris, con el rojo a 51 grados y el violeta a 55 grados.
Pero un arco iris sólo puede reflejar la luz que tiene para trabajar. Los arcos que surgen durante el amanecer o el atardecer, cuando la dispersión ha eliminado la mayor parte de la luz azul, son casi totalmente rojos, y los arcos a la luz de la luna, llamados arcos lunares, a menudo parecerán incoloros, no porque la luz de la luna carezca del espectro completo, sino porque la débil luz reflejada es demasiado tenue para activar los receptores de color de nuestros ojos.
En raras ocasiones, unos pocos arcos de color adicionales y estrechos anidan a lo largo de la curva del arco iris principal. Estas bandas adicionales, denominadas arcos supernumerarios, proceden de los haces de luz que se reflejan en diferentes ángulos para llegar al mismo lugar -las retinas-, lo que significa que recorren distancias ligeramente diferentes. Los haces que viajan más lejos son capaces de completar una media fase adicional, una fase completa, una fase y media, y así sucesivamente. Esta discrepancia hace que algunos haces estén desincronizados y otros sincronizados, lo que hace que se anulen o se refuercen mutuamente. Así, el brillo se alterna con el vacío. Los arcos supernumerarios son más fáciles de producir con una manguera de nebulización, cuyas gotas tienen un tamaño muy similar.