Curcubeul este un fenomen optic şi meteorologic care se manifestă prin apariţia pe cer a unui spectru de forma unui arc colorat atunci cînd lumina soarelui se refractă în picăturile de apă din atmosferă. De cele mai multe ori curcubeul se observă după ploaie, cînd soarele este apropiat de orizont.

Centrul curcubeului este în partea opusă soarelui faţă de observator. Trecerea de la o culoare la alta se face continuu, dar în mod tradiţional curcubeul este descris ca avînd un anumit număr de culori; acest număr diferă de la o cultură la alta, de exemplu în tradiţia românească secvenţa culorilor este adesea prezentată astfel: roşu, portocaliu (oranj), galben, verde, albastru, indigo şi violet, şi memorată sub forma acronimului ROGVAIV. Ordinea culorilor este de la roşu în exteriorul arcului la violet în interior.

Curcubeul poate fi explicat analizând mersul razelor de lumină într-o sferă transparentă. Lumina albă de la soare suferă mai întîi o refracţie la intrarea în picătura de apă, moment în care începe separarea culorilor. În partea opusă a picăturii are loc o reflexie la interfaţa dintre apă şi aer (o parte din lumină iese afară, dar aceasta nu produce efectul de curcubeu). În continuare lumina iese din picătură printr-o a doua refracţie, care amplifică separarea culorilor.

Pentru fiecare lungime de undă există un unghi la care intensitatea luminii ieşite din picătură are un maxim. Existenţa acestui maxim se explică astfel: funcţia care face legătura dintre excentricitatea razei de intrare (distanţa dintre raza de lumină care intră în picătură şi centrul picăturii) şi unghiul de ieşire (unghiul dintre raza de la intrare şi cea de la ieşire) nu este monotonă, ci creşte de la zero, are un punct de întoarcere şi apoi scade. În jurul punctului de întoarcere, pentru un interval relativ larg de excentricităţi, unghiul de ieşire se modifică foarte puţin, ceea ce face la acest unghi să iasă din picătură o cantitate de lumină mult mai mare decît la alte unghiuri. Acest fenomen, combinat cu faptul că pentru fiecare lungime de undă unghiul corespunzător maximului de intensitate luminoasă are altă valoare, explică formarea curcubeului sub forma unui arc colorat. Punctul de întoarcere menţionat se remarcă prin faptul că partea atmosferei din interiorul arcului curcubeului este mai luminoasă decît cea din exterior.

Acelaşi raţionament explică de ce razele care ies din picătura de apă fără nici o reflexie internă nu formează un curcubeu: unghiul de ieşire depinde monoton de excentricitatea razei de intrare, deci la nici un unghi nu se concentrează o parte semnificativă din lumina soarelui; aceste raze nu fac decît să împrăştie lumina într-un mod care depinde prea puţin de lungimea de undă.

Curcubeul secundar diferă de primul prin aceea că în interiorul picăturii de apă lumina suferă două reflexii interne. Analog, ordinele superioare se obţin printr-un număr sporit de reflexii interne, ceea ce explică în parte intensitatea lor scăzută.