Trong tự nhiên, cầu vồng xuất hiện khi ánh sáng mặt trời chiếu qua các giọt nước trong không khí, bị bẻ cong, phản xạ trở lại rồi đi ra bên ngoài giọt nước theo một góc 42°. Để nhìn thấy cầu vồng, chúng ta phải đứng quay lưng về phía mặt trời 180° rồi nhìn theo góc 42°. Lúc này bạn sẽ nhìn thấy một nửa cung tròn rực rỡ sắc màu xuất hiện trong không khí. Mặt trời càng thấp dưới đường chân trời thì cầu vồng càng cao và càng đầy đặn.
Cầu vồng tròn chỉ được nhìn thấy trọn vẹn khi chúng ta ở cao hơn so với mặt trời.
Thông thường khi nhìn thấy cầu vồng, chúng ta đều đang đứng trên mặt đất, tầm mắt bị đường chân trời cắt ngang nên chỉ có thể thấy cầu vồng ở dạng một nửa vòng tròn. Chính vì thế, nếu tầm mắt chúng ta càng ở cao hơn so với mặt trời thì chúng ta càng có khả năng nhìn thấy cầu vồng ở dạng tròn vo.
Chính vì thế, để nhìn thấy cầu vồng tròn, chúng ta chỉ có một cách là leo lên đỉnh một tòa nhà cao tầng, một ngọn núi, hoặc nhìn nó từ trên máy bay, quay lưng về phía mặt trời và nhìn theo góc 42°, lúc không khí đang có nhiều hơi nước và ánh sáng mặt trời chói chang.
Hình ảnh cầu vồng tròn chụp từ trực thăng.
Tuy nhiên, không nên nhầm lẫn giữa cầu vồng tròn và quầng hào quang xung quanh mặt trời (hay mặt trăng) dù nó cũng có 7 sắc màu óng ánh như cầu vồng. Hiện tượng này xảy ra khi không khí nóng và lạnh giao nhau gần mặt trời (hay mặt trăng), khi đó không khí nóng mang đầy hơi nước sẽ gặp nhiệt độ thấp trên cao và ngưng tụ thành các hạt băng li ti, bị ánh sáng mặt trời (hay mặt trăng) chiếu vào và xảy ra hiện tượng khúc xạ, làm tỏa ra một quầng hào quang bao quanh mặt trời (hay mặt trăng).
Nếu thấy mặt trời (hay mặt trăng) xuất hiện quầng hào quang, điều đó có nghĩa trời sắp có mưa bão hay gió lớn.
Còn đây là hiện tượng hào quang mặt trời.
