双层彩虹是一种罕见的天气现象，是太阳光与空气中的雨滴产生双反射，并以50至53度角呈现出的图景。彩虹是太阳光发生反射和折射的结果。照射在雨滴上的太阳光发生反射，反射到观察者的眼内。此外，雨滴也充当了一个棱镜。
在穿过雨滴时，光线被弯曲或者折射，分裂成从红色到靛蓝色的七彩光谱。由于雨滴的通常在1到2毫米之间，当晚出现的彩虹颜色看上去非常鲜艳并富有生机。雨滴的体积越小，彩虹就越模糊。
据天文资料分析，彩虹是太阳光穿透雨的颗粒时形成，因光折射的角度、颜色不同，七种颜色会以各自不同的角度折射并且很漂亮地排列起来，形成彩虹。一般在傍晚或雨点后出现此景，而清晨出现在无城上空比较少见。
里面那层，外红内紫，称为“虹”，太阳光只经历了一次反射。外面那层，外紫内红，称为“霓”，太阳光在小水珠中经历里两次反射，因而颜色的顺序反了，霓因为多经历一次反射，强度较弱，很不常见。
