[[Fitxer:Arc_de_Sant_Marti_esquema.png|thumb|200x200px|Perquè sigui visible, la llum ha de reflectir a les gotes d'aigua en un angle determinat.]]
L’arc de Sant Martí és en realitat una circumferència completa, tanmateix, des de terra tan sols es pot veure un arc més o menys ample en funció de la posició del Sol sobre l’horitzo llunyàl’horitzó. Com que el centre de l’arc és al punt oposat del Sol a l’horitzó, serà més ample com més proper es trobi el Sol a l’horitzó. Totes les gotes que es trobin en una direcció inclinada de 42° sobre la recta que passa pel Sol i el cap de l’observador apareixen de color vermell, les que es trobin en una inclinació més gran es veuran taronges, grogues... Les que es trobin en una direcció massa inclinada o massa poc respecte d’aquesta línia no es veuran. Per tal que el fenomen es produeixi, hi ha d’haver gotes en la direcció indicada i que hi hagi rajos solars.<ref name=gencatsm/>
Es forma a conseqüència grava de la refracció i reflexió de la llum solar en les gotes d’aigua que actuen com a prismes. La llum procedent del Sol penetra en una gota d’aigua, ho fa refractant-se i dispersant-se, reflecteix en el fons de la gota i torna a sortir refractant-se de nou i dispersant-se encara més; és a dir, d’un raig únic que rep, la gota retorna un feix de raigs acolorits. Per entendre el procés de formació de l’arc de Sant Martí i l’existència dels arcs suplementaris, s’han de tenir presents els fenòmens de difracció de la llum.<ref name=gencatsm/>
