雙彩虹的形成是由於陽光在水滴中的折射和反射過程。當太陽光照射到空氣中的水滴時，光線首先被折射，然後在水滴內部經過一次或兩次反射，最後再次折射出來。第一次折射和反射產生的彩虹被稱爲主虹，而如果光線在水滴內進行了兩次反射，就會形成第二道彩虹，這通常被稱爲副虹或霓。
主虹：光線在水滴中經過一次折射和一次反射後形成的彩虹。
副虹（霓）：光線在水滴中經過兩次折射和一次反射後形成的彩虹。由於每次反射都會損失一些光能量，副虹的光亮度通常比主虹弱，顏色排列次序也與主虹相反。
在特殊情況下，如果光能量足夠大，主虹和副虹可以同時被觀察到，形成美麗的雙彩虹景象。副虹的位置通常在主虹之外，因爲兩次反射最強烈的反射角出現在50°至53°之間，導致副虹的外側爲藍色，內側爲紅色。副虹其實一定跟隨主虹存在，只是因爲它的光線強度較低，所以有時不被肉眼察覺。
在實際生活中，例如成都的一處私人花園“海蒂的花園”，在機器灌溉花圃時，由於陽光照射到水滴，也會出現彩虹的現象。這表明只要空氣中有水滴，且陽光以低角度照射，就可能產生可以觀察到的彩虹現象。