Mây ngũ sắc là hiện tượng nhiễu xạ do các giọt nước hoặc tinh thể băng nhỏ riêng lẻ tán xạ ánh sáng. Các tinh thể băng lớn hơn không tạo ra ngũ sắc, nhưng có thể gây ra hào quang, một hiện tượng quang học khác.

Sự phát ngũ sắc do các giọt nước rất đồng đều nhiễu xạ ánh sáng (trong phạm vi 10 độ từ Mặt Trời) và do các hiệu ứng giao thoa bậc nhất[7] (ngoài phạm vi 10 độ từ Mặt Trời). Nó có thể mở rộng tới 40 độ từ Mặt Trời.[6]

Nếu các phần của mây chứa các giọt nước nhỏ hoặc các tinh thể băng có kích thước tương tự, thì hiệu ứng tích lũy của chúng được nhìn thấy như là các màu. Mây phải mỏng về mặt quang học để hầu hết các tia sáng chỉ gặp một giọt duy nhất. Do đó, ngũ sắc chủ yếu được nhìn thấy ở rìa đám mây hoặc trong những đám mây gần trong suốt, trong khi những đám mây mới hình thành tạo ra ngũ sắc sáng nhất và nhiều màu sắc nhất. Khi các hạt nước hay băng trong một đám mây mỏng có tỷ lệ lớn kích thước giống nhau thì ngũ sắc có dạng cấu trúc của quầng sáng, một đĩa tròn sáng xung quanh Mặt Trời hoặc Mặt Trăng, với một hoặc nhiều vòng màu bao quanh.[8][9]