なぜこのような現象が現れるかというと、光が雲粒に当たって起こる「回折」が原因になっている。
　たとえば海面に突き出た岩礁に波が当たると、波は岩礁の後ろにまわりこむように広がってゆく。このような、本来は直進するはずの波が障害物の後ろ側に回り込む現象は、音波や電波でも同じように起こる。障害物の向こう側にいる人の声も聞こえるし、物影でもラジオの電波は受信できることからも、それが分かる。この現象が、回折だ。
　電波の一種である光も、同じように障害物の後ろへと回折する。


　空気中に浮かぶ水や氷の粒子に光が当たると、その粒子を回り込むようにして光は回折する。
　ここで肝心なのが、その曲がる角度（偏角）が、光の色（波長）によって違うことだ。赤い光（波長が長い）ほど、より大きく回折する。
　さらに回折された光が、お互いに強めあったり弱めあったりする「干渉」という現象も重なった結果、右の図のように、本来の粒子自体の影の周りに、色付いた光の環ができる。


　実際の空にある粒子は一つだけではない。左の図のように、それぞれの色を回折させる位置にある粒子からの光が、観測者の目に入ることになる。

　例えば赤い光の偏角が3度だと仮定する。観測者からみて、太陽から3度離れた位置にある粒子から、赤の回折光が届く。
　そのような位置にある粒子は無数にあるから、この赤い光は太陽を中心とした、半径3度の円をつくることになる。

　ちなみに、粒子が小さいほど光は大きく回折する。だから雲をつくる水や氷の粒子が小さく、その大きさが揃っているほど、色のハッキリ分離した、美しい光環になる。時には下の写真のように、光の環が二重三重に現れることもある。