最早尝试以科学的方法解释虹的形成原因的是意大利学者多明尼斯主教。1624年，他用自然科学的知识解释虹形成的原因。然而当时社会十分落后，多明尼斯主教因此也被赶出了教会，被判处了死刑。
后来，法国科学家笛卡尔也做过这个尝试。他在水池旁边，看到水池上面含有大量水滴的空中的人造虹，他受到启发后便用装有水的玻璃球进行了实验，并在1637年发表了关于虹的形成原因的文章。他的结论已经较为科学，即虹是由于太阳光射入空中的水滴内发生反射和折射的结果。但是，他依然没有弄清虹的颜色是怎样形成的。直到17世纪60年代，牛顿发现太阳光通过三棱镜的色散现象后，虹的秘密才被彻底揭开了。
300多年前，捷克斯洛伐克的一位科学家将3块大小、形状相同的玻璃组合成三角柱形，放在一扇窗户的对面，当透过关闭的百叶窗上的缝让太阳光从中间射向三棱镜时，一条红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的彩色光带出现在对面墙上，这条光带同自然界产生的虹的光带一模一样。
这一现象引起了英国科学家牛顿的兴趣，为了弄清这个问题，牛顿曾多次做过光的实验。他发现阳光透过三棱镜时，由于发生了折射，光的方向便发生了改变。同时，由于各色光的折射程度不一样，紫光最大，红光最小，所以白光就在三棱镜的折射作用下分解成7种颜色的光带了。
有些时候，天空中会出现一些很奇特的虹。如1948年9月的一天下午，在列宁格勒涅瓦河上空出现了一个奇特的现象：4条美丽的彩虹同时挂在空中。刚开始的时候，天空中突然出现了一条长虹，与此同时，在它上方不远处又有一条色彩排列相反的虹。几分钟后，一条细窄的虹在主虹内侧出现，接着第四条虹又出现了。它们的宽度约为主虹的1/4，除深红色带较鲜艳外，其余的色彩都较淡。15～20分钟后，4条虹便先后消失了。
这种奇异的景象引起了气象学家的关注，因为它很难用普通的原理加以解释。科学家们在考察之后，终于明白了其中的缘由。原来列宁格勒涅瓦河上的4条虹同时出现，是因为最初形成的虹在河湖的反光作用下，经过层层的反射和折射，形成了反光虹。
除此之外，还有一种绚丽的彩虹也很奇特，它飞架在峭壁之间，经久不散，十分美丽壮观。这种彩虹通常只出现在飞流直泻的瀑布边，瀑布隆隆作响，水沫飞溅，烟雾蒙蒙，每到日出或日落时分，在太阳光照射下，一条彩虹便会挂在半空中，这种虹也是由于太阳光照射到瀑布飞溅出的水滴上，经过反射而形成的。
不仅太阳光能形成虹，月光也会形成虹。要想看到月虹，最好是在海边，选择一个满月的夜晚。在月光照射下，海风吹来的大量水汽，会反射和折射月光，形成夜空中的彩虹。这也是一种美丽的自然现象。