W ścisłej łączności z chmurami są obserwowane w atmosferze różne zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska te nie mają znaczenia praktycznego, jednak dostarczają pewne wiadomości o charakterze chmur, w których są obserwowane. Są one wywołane odbiciem, załamaniem i ugięciem światła w chmurowych kropelkach wody lub kryształkach lodu.
Halo
W chmurach piętra górnego zbudowanych z kryształków lodowych, zwłaszcza w chmurach warstwowo - pierzastych, powstają zjawiska, zwane halo. Tak nazywają się przede wszystkim jasne pierścienie (kręgi) o promieniu 22 stopni kątowych (mały pierścień halo) lub 46° (duży pierścień halo) o środkach, położonych w środku Słońca lub Księżyca. Pierścienie te są słabo zabarwione w kolorach tęczy (czerwony wewnątrz).
Oprócz pierścieni, które są podstawowymi postaciami zjawisk halo, są obserwowane pozorne Słońca - słabo zabarwione jasne plamy, położone na tym samym poziomie co Słońce i w tej samej odległości kątowej od niego, co i pierścienie (22 lub 46°).Wymienionym pierścieniom towarzyszą niekiedy różne od nich łuki styczne. Występują również pionowe słupy świetlne, przechodzące przez tarczę Słońca lub Księżyca i obserwowane powyżej i poniżej tych ciał niebieskich, oraz bezbarwny poziomy krąg przysłoneczny, położony na tej samej wysokości kątowej co Słońce.
Wieńce
W znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach, zbudowanych z drobnych, jednorocznych kropelek wody (zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste) obserwuje się wieńce. Wieńce te występują również we mgle dookoła sztucznych źródeł światła.
Główną, a często jedyną, częścią wieńca jest jasny pierścień o niewielkim promieniu, otaczający bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (lub sztucznego źródła światła). Pierścień ten ma zabarwienie niebieskawe, a na zewnątrz czerwonawe. Nazywają go też aureolą. Może on być otoczony jednym lub kilkoma dodatkowymi, jasnymi pierścieniami o takim samym zabarwieniu, nie stykającymi się bezpośrednio ani z pierwszym z wymienionych kręgów, ani też ze sobą. Promień wieńca bywa rzędu 1-5°. Jest on odwrotnie proporcjonalny do średnicy kropelek w chmurze; dlatego na podstawie jego rozmiarów można określać wielkość kropelek, znajdujących się w chmurach.
Wieńce wywołane są ugięciem światła przez bardzo drobne kropelki chmurowe, które tworzą jakby siatkę dyfrakcyjną. Dookoła każdego punktu tarczy ciała niebieskiego powstaje jedno lub kilka widm dyfrakcyjnych mających kształt kręgów. Nakładają się one jedne na drugie, przy czym barwy ich zlewają się, co daje w wyniku odcień niebieskawy. Jedynie widma, wytworzone przez punkty leżące na skrajach tarczy ciała niebieskiego, tworzą po zewnętrznej stronie każdego pierścienia otok o zabarwieniu czerwonawym.
Wieńce dookoła sztucznych źródeł światła o małych rozmiarach (w porównaniu z rozmiarami tarcz ciał niebieskich) mają bardziej bogate barwy tęczy. Zjawisko iryzacji chmur w istocie jest tego samego pochodzenia co i wieńce.
Gloria
Gloria podobna jest do wieńca, jednak powstaje nie dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu, położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to występuje na chmurach, położonych na wprost przed obserwatorem, albo niżej od niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy. Gloria powstaje wskutek ugięcia się światła, uprzednio odbitego od kropelek chmur, tak że powraca ono od chmur w tym samym kierunku, w jakim na nie padało.
Uwaga. Jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora, jego cień wydaje się bardzo duży; nazywa się to wówczas zjawiskiem Brockena, niezależnie od tego czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony barwną glorią.
Tęcza
Wszyscy znają efektowne zjawisko tęczy, Tęczę obserwuje się na tle chmur, z których pada deszcz, jeżeli chmury te są oświetlone przez Słońce, a więc są położone naprzeciwko niego. Jest to jasny łuk o promieniu ok. 42°, zabarwiony na kolory widma po zewnętrznej stronie -na czerwono, po wewnętrznej - na fioletowo, a pomiędzy nimi znajdują się pozostałe barwy widma. Łuk tęcz stanowi część okręgu, którego środek leży na linii prostej, łączącej środek tarczy słonecznej z okiem obserwatora.(niekiedy występuje również tęcza księżycowa). Gdy obserwator przesuwa się, wraz z nim przesuwa się również widziana przez niego tęcza. Jeśli Słońce znajduje się nisko nad horyzontem, łuk tęczy jest zbliżony do półokręgu, natomiast gdy Słońce znajduje się wysoko nad horyzontem, środek tęczy leży głęboko pod horyzontem i ponad horyzontem widoczny jest jedynie nieduży, nisko położony łuk. Przy wysokości Słońca wynoszącej 42 i więcej tęczy nie widać wcale. Z samolotu czasem można widzieć tęczę w postaci prawie pełnego okręgu.
Oprócz łuku głównego często występuje słabszy łuk wtórny o promieniu wynoszącym ok.50 o fioletowym zabarwieniu po stronie zewnętrznej a niekiedy również łuk trzeci i czwarty. Czasami można obserwować łuk wtórny również wewnątrz łuku głównego. Natężenie światła, szerokość i barwa tęczy wahają się w szerokim przedziale w zależności od rozmiarów kropel.
Warunki, przy których obserwuje się typową tęczę (oświetlona przez Słońce chmura z deszczem), mają przeważnie miejsce w przypadku chmur kłębiastych deszczowych. Dostatecznie duże krople, z których składają się te chmury lub padający deszcz, konieczne są by mogła powstać typowa tęcza. Lecz tęcza może czasami występować na tle chmur i o drobnych kroplach, a nawet na tle mgły. W takim przypadku jest ona szeroka, koloru prawie białego, o słabo zabarwionych brzegach.
Tęczę obserwuje się również w bryzgach fal morskich, a także wodospadów lub fontann.
Przyczyną powstawania tęczy jest załamanie promieni słonecznych (względnie księżycowych) przy ich wejściu do kropli i wyjściu z niej, odbiciem ich wewnątrz kropli oraz ugięciem przez krople.
