Slnečné lúče vstupujúce do kvapky sa odrážajú a lámu. Na vysvetlenie primárneho dúhového oblúku nás budú zaujímať lúče, ktoré sa vstupe do kvapky lámu, odrážajú na náprotivnej strane kvapky a vychádzajú lomom opäť na strane smerom k slnku pod ostrým uhlom voči vstupu lúčov. Takýto lúč je vyznačený na obrázku červenou farbou, ostatné odrazy šedou.
Obr. 2

Pokiaľ necháme lúče vstupovať do kvapky v rôznych vzdialenostiach od osy kvapky smerujúcej k slnku uvidíme, že vystupujúce lúče sa budú koncentrovať najviac okolo uhlu asi 42 stupňov a ostatné lúče budú vystupovať pod menšími uhlami.

Na animovanom obrázku vidíme prechod lúča kvapkou. Lúč vstupuje zľava pod uhlom, ktorý zviera s priamoku vedenou stredom kvapky a miestom vniku do kvapky. – tj. uhol vstupu.
Vystupujúci lúč zviera so vstupujúcim uhlom tzv. dúhový uhol, ktorý má maximum práve niekde okolo hodnoty 42 stupňov.
Obr. 3

Vo vnútri kvapky však dochádza tiež k viacerým odrazom lúčov. Lúče odrážajúce sa dvakrát vo vnútri kvapky budú vychádzať najčastejšie pod uhlom asi 51 stupňov voči vstupujúcemu lúču. Takto vzniká už nie tak výrazná sekundárna dúha, ktorá sa objavuje nad hlavnou dúhou.
Obr. 4

Uvedený popis priebehu lúčov však neprebieha iba v jednej rovine, ale v celej kvapke zároveň a vo všetkých rovinách. Preto uvidíme dúhu ako oblúk symetrický akolo osy, kam smeruje pozorovateľov tieň vrhaný slnkom.
Pretože je však slnečné svetlo zložené z rôznych farieb a lúč každej farby sa láme pod trochu iným uhlom, bude svetlo po prechode kvapkou rozložené v dúhové spektrum. Žiarenie rôznych farieb sa tiež bude po prechode kvapkou koncentrovať pod trocha odlišnými uhlami, a preto uvidíme v dúhe sústredené farebné pásy.
Obr. 5

Na vzniku dúhy sa podieľajú kvapky v rôznych vzdialenostiach od pozorovateľa. Názorný prehľad si môžeme urobiť podľa obrázku.
Obr. 6

Z histórie skúmania dúhy
Podľa starovekých predstáv bola dúha niekedy vysvetlovaná vznietením horľavých pár slnečnými lúčmi. Tieto pary mali byť do ovzdušia vytlačené z podzemia vsakujúcou dažďovou vodou. Jeden z najvýznamnejších učencov starovekého Grécka Aristoteles, autor najstaršieho meteorologického diela Meteórologika, vysvetloval v 4. storočí p.n.l. dúhu ako odraz slnečných lúčov na dažďovom mraku.

Ďalší významní bádatelia, ktorí sa zaslúžili o nové poznatky v oblasti skúmania dúhy, sú dominikánsky mních Dietrich z Freiberku, islamský učenec Kamal al Din al Farisi, holandský fyzik Willebrord Snell, a iní.