Während 42 Grad die magische Zahl für Regentropfen ist, hat jedes Medium seinen eigenen Brechungsindex, der bestimmt, wie stark das Licht gebeugt wird. Ein Regenbogen in der salzigen Gischt einer Meereswelle erscheint in einem etwas geringeren Winkel als ein Süßwasser-Regenbogen.
Ein zweiter Regenbogen bildet sich, wenn das Licht näher am Boden des Tropfens eintritt und dann zweimal im Innern reflektiert wird und bei 51 Grad zusammenläuft. Theoretisch sind sogar noch mehr gleichzeitige Regenbögen bei mehr Winkeln mit mehr Reflexionen innerhalb des Tropfens möglich. Aber jede Reflexion schwächt den Strahl ab, da ein Teil des Lichts stattdessen zur Außenseite des Tropfens gelangt, so dass alle tertiären und quartären Bögen fast immer unsichtbar sind.
Der faszinierendste Aspekt des Regenbogens – die lebhafte Vielfalt der Farben – gab so lange Rätsel auf, bis Newton durch seine berühmte Arbeit mit Prismen zeigte, dass das Sonnenlicht aus allen Farben gleichzeitig besteht. Die Brechung des Lichts beim Eintritt in einen Regentropfen und beim Austritt aus ihm bündelt das Licht nicht nur in bestimmten Winkeln, sondern trennt oder zerstreut es auch in seine einzelnen Farben, da die Brechung mit der Wellenlänge variiert. Längere Wellenlängen, die näher am roten Ende des Spektrums liegen, haben einen niedrigeren Brechungsindex, d. h. sie werden an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser weniger stark gebrochen und erreichen unsere Augen in einem größeren Winkel. Dagegen haben kürzere Wellenlängen, die näher am violetten Ende des Spektrums liegen, einen höheren Brechungsindex, d. h. sie werden auf dem Weg zu unseren Augen weiter nach unten und in einem größeren Winkel gebogen. Rot erscheint also bei 42 Grad, während Violett bei 40 Grad erscheint. Bei einem zweiten Bogen kehrt sich das Verhältnis zwischen Wellenlänge und Endwinkel um und erzeugt eine auf dem Kopf stehende Version des ersten Regenbogens mit Rot bei 51 Grad und Violett bei 55 Grad.
Ein Regenbogen kann jedoch nur das Licht reflektieren, mit dem er arbeiten kann. Bögen, die bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang entstehen, wenn die Streuung das meiste blaue Licht entfernt hat, sind fast vollständig rot, und Bögen bei Mondlicht, Mondbögen genannt, erscheinen oft farblos, nicht weil das Mondlicht nicht das volle Spektrum enthält, sondern weil das schwache reflektierte Licht viel zu schwach ist, um die Farbrezeptoren in unseren Augen zu aktivieren.
In seltenen Fällen schmiegen sich ein paar zusätzliche, schmale Farbbögen an die Kurve des Hauptregenbogens. Diese zusätzlichen Bänder, die so genannten überzähligen Bögen, stammen von Lichtstrahlen, die in unterschiedlichen Winkeln reflektiert werden, um denselben Ort – unsere Netzhaut – zu erreichen, was bedeutet, dass sie leicht unterschiedliche Entfernungen zurücklegen. Lichtstrahlen, die weiter entfernt sind, können eine zusätzliche halbe Phase, eine volle Phase, eine halbe Phase usw. durchlaufen. Durch diese Diskrepanz sind einige Strahlen nicht synchron und andere synchron, wodurch sie sich gegenseitig auslöschen oder verstärken. So wechseln sich Helligkeit und Leere ab. Überzählige Bögen lassen sich am einfachsten mit einem Nebelschlauch erzeugen, dessen Tropfen sehr ähnlich groß sind.