Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) giải thích, mây ngũ sắc là hiện tượng tương đối hiếm, xảy ra khi các đám mây mang nhiều giọt nước có kích thước gần như đồng nhất. Những đám mây này làm nhiễu xạ hoặc bẻ cong ánh sáng theo một cách giống nhau, khiến ánh sáng chiếu theo các bước sóng, hoặc màu sắc khác nhau.
Vì thế, mây ngũ sắc có màu giống cầu vồng - tạo nên bởi hiện tượng nhiễu xạ, và cũng tạo ra dải màu đa dạng, gồm xanh da trời, xanh lá cây, đỏ, tía và xanh.
Mây ngũ sắc này có màu giống cầu vồng, nhưng cách thức tạo nên mây ngũ sắc và cầu vồng khác nhau. Cầu vồng được tạo thành bởi hiện tượng khúc xạ hay phản xạ.
Giống những vật ngũ sắc khác, như lông gà trống, màu của mây ngũ sắc thay đổi tùy thuộc vào góc nhìn.