Κάθε ουράνιο τόξο είναι ένας πλήρης κύκλος, αλλά η Γη μάς κρύβει το κάτω μισό του.

Το ουράνιο τόξο δημιουργείται από τη διάθλαση, την ανάκλαση και τον ανακλαστικό διασκορπισμό του φωτός μέσα σε σταγονίδια νερού. Κάθε σταγόνα λειτουργεί ως ένα μικροσκοπικό πρίσμα που εκτρέπει το ηλιακό φως σε μια συγκεκριμένη γωνία, περίπου 42 μοιρών από το αντιηλιακό σημείο. Αυτή η γεωμετρική σταθερά δημιουργεί έναν κώνο φωτός που, όταν προβάλλεται στα μάτια μας, σχηματίζει έναν τέλειο κύκλο.Ο λόγος που βλέπουμε μόνο ένα τόξο είναι καθαρά γεωγραφικός. Ο ορίζοντας της Γης παρεμβάλλεται στην πορεία του φωτός, εμποδίζοντας τις ακτίνες που προέρχονται από τα χαμηλότερα σταγονίδια να φτάσουν σε εμάς. Έτσι, το κάτω μέρος του κύκλου παραμένει κρυμμένο κάτω από τη γραμμή του ορίζοντα για έναν παρατηρητή στο έδαφος.Το φαινόμενο του πλήρους κύκλου ονομάζεται επίσημα «κυκλικό ουράνιο τόξο» και τεκμηριώθηκε εκτενώς από τη NASA και την Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (NOAA). Για να το δει κανείς, πρέπει να βρίσκεται σε σημείο όπου υπάρχουν σταγονίδια νερού τόσο πάνω όσο και κάτω από το επίπεδο των ματιών του. Αυτό συμβαίνει συνήθως σε επιβάτες αεροπλάνων ή ορειβάτες σε πολύ ψηλές κορυφές.Ιστορικά, ο Ρενέ Ντεκάρτ ήταν από τους πρώτους που εξήγησαν μαθηματικά τη γωνία των 42 μοιρών το 1637. Η σύγχρονη φυσική επιβεβαιώνει ότι το κέντρο αυτού του κύκλου είναι πάντα το αντιηλιακό σημείο, δηλαδή το σημείο που βρίσκεται ακριβώς απέναντι από τον ήλιο σε σχέση με τον παρατηρητή. Αν ο ήλιος είναι ψηλά στον ουρανό, το ορατό τόξο μικραίνει, ενώ αν ο ήλιος δύει, το ημικύκλιο μεγαλώνει.