Embora 42 graus seja o número mágico para gotas de chuva, cada meio tem o seu próprio índice de refração que determina o quanto a luz vai dobrar. Um arco-íris na névoa salgada de uma onda oceânica aparecerá num ângulo ligeiramente inferior ao de um arco-íris de água doce.
Forma-se um arco-íris secundário quando a luz entra mais perto do fundo da gota e depois reflecte duas vezes internamente, convergindo a 51 graus. Teoricamente, ainda mais arco-íris simultâneos são possíveis em mais ângulos com mais reflexos dentro da gota. Mas cada reflexo escurece o feixe, já que parte da luz passa para o exterior da gota, de modo que qualquer arco terciário e quaternário é quase sempre invisível.
O aspecto mais hipnotizante do arco-íris – o conjunto vívido de cores – continuou a desconcertar até que Newton revelou que a luz do sol é feita de todas as cores ao mesmo tempo, através do seu famoso trabalho com prismas. A refração da luz ao entrar e sair de uma gota de chuva não só concentra a luz em certos ângulos, mas também separa, ou dispersa, a luz em suas cores constituintes porque a refração varia com o comprimento de onda. Comprimentos de onda mais longos, mais próximos da extremidade vermelha do espectro, têm índices de refração mais baixos, o que significa que eles se dobram menos na interface ar-água e chegam aos nossos olhos em ângulos mais altos. Entretanto, comprimentos de onda mais curtos, mais próximos da extremidade violeta do espectro, têm índices de refração mais altos, o que significa que eles se curvam mais para baixo em ângulos mais amplos à medida que retornam aos nossos olhos. Assim, o vermelho aparece a 42 graus, enquanto o violeta aparece a 40 graus. Num arco secundário, a relação entre o comprimento de onda e o ângulo final é invertida, produzindo uma versão invertida do primeiro arco-íris com o vermelho a 51 graus e o violeta a 55 graus.
Mas um arco-íris só pode reflectir a luz com que tem de trabalhar. Os arcos que surgem durante o nascer ou pôr do sol, quando a dispersão removeu a maior parte da luz azul, são quase inteiramente vermelhos, e os arcos à luz da lua, chamados de arcos lunares, aparecem muitas vezes incolores, não porque a luz da lua carece de todo o espectro, mas porque a luz fraca reflectida é demasiado fraca para activar os receptores de cor nos nossos olhos.
Em raras ocasiões, alguns arcos de cor estreitos e extras aninham-se ao longo da curva do arco-íris principal. Estas bandas extras, chamadas arcos supranumerários, vêm de feixes de luz que refletem em ângulos diferentes para alcançar o mesmo lugar – suas retinas – o que significa que elas percorrem distâncias ligeiramente diferentes. Os feixes que viajam mais longe são capazes de completar uma meia fase adicional, fase completa, fase e meia, e assim por diante. Esta discrepância coloca alguns feixes fora de sincronia e alguns feixes em sincronia, fazendo com que se anulem ou se reforcem uns aos outros. Assim, o brilho alterna-se com o vazio. Os arcos supranumerários são mais fáceis de produzir com uma mangueira de nebulização, cujas gotas são muito semelhantes em tamanho.