En regnbåge är ett optiskt, meteorologiskt fenomen som uppträder som ett (nästintill) fullständigt ljusspektrum i form av en båge på himlen då solen lyser på nedfallande regn. Regnbågen består färgmässigt av en kontinuerlig övergång från rött (ytterst) via gula, gröna och blå nyanser till violett innerst; ofta definieras antalet färger som sju, inklusive orange och indigo.Regnbågen uppträder då det finns regndroppar i luften och solen befinner sig lågt och bakom betraktaren. Klarast lyser regnbågen då halva himlen fortfarande är täckt med mörka moln som avger regn och betraktaren befinner sig under klar himmel. Regnbågar framträder även när solen lyser starkt och vid vattenfall, då man själv sprider vattendroppar i luften, ibland i motljus intill moln, eller som vertikala band intill avlägsna regnfronter och fallstrimmor.
Det som orsakar en regnbåge är solljusets dispersion då det bryts i atmosfärens nästintill sfäriska regndroppar.
Då en ljusstråle träffar en regndroppe bryts den först av då den passerar genom regndroppens yta.
Mot regndroppens bakre sida sker sedan en reflektion vilket gör att ljusstrålen återspeglas.
Till sist bryts ljusstrålen en andra gång då den passerar ut genom regndroppen.
Sammantaget gör detta att ljuset återspeglas i 40,6–42,3 (= från violett till rött) graders vinkel oberoende av regndroppens storlek. Dessa vinklar beror istället på vattnets olika brytningsindex för olika våglängder.