Σε ένα διπλό ουράνιο τόξο, το δεύτερο τόξο εμφανίζει τα χρώματά του με αντίστροφη σειρά.

Το φαινόμενο του διπλού ουράνιου τόξου οφείλεται στη διπλή εσωτερική ανάκλαση του ηλιακού φωτός μέσα στα σταγονίδια του νερού. Ενώ στο πρωτεύον τόξο το φως εισέρχεται στη σταγόνα, αντανακλάται μία φορά στο πίσω μέρος της και εξέρχεται, στο δευτερεύον τόξο συμβαίνει και δεύτερη ανάκλαση πριν το φως βγει από τη σταγόνα. Αυτή η επιπλέον ανάκλαση αλλάζει τη γωνία εξόδου του φωτός στις 50 έως 53 μοίρες, σε σύγκριση με τις 42 μοίρες του κύριου τόξου. Η γεωμετρία αυτής της δεύτερης ανάκλασης είναι που προκαλεί την αντιστροφή των χρωμάτων, με το κόκκινο να βρίσκεται στο εσωτερικό και το ιώδες στο εξωτερικό μέρος του τόξου. Σύμφωνα με οπτικούς νόμους που μελετήθηκαν από τον Καρτέσιο το 1637, κάθε ανάκλαση προκαλεί απώλεια φωτεινής έντασης. Αυτός είναι ο λόγος που το δευτερεύον τόξο είναι σημαντικά πιο αμυδρό και συχνά δύσκολο να εντοπιστεί αν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες δεν είναι ιδανικές. Επιπλέον, η περιοχή ανάμεσα στα δύο τόξα ονομάζεται «Ζώνη του Αλεξάνδρου», προς τιμήν του Αλέξανδρου του Αφροδισιέως που την περιέγραψε το 200 μ.Χ. Η ζώνη αυτή φαίνεται πιο σκοτεινή από τον υπόλοιπο ουρανό επειδή το φως που διασκορπίζεται από τις σταγόνες δεν φτάνει στα μάτια του παρατηρητή σε εκείνες τις συγκεκριμένες γωνίες.