Hoog aan de hemel, wanneer de zon tussen 15 en 25 booggraden hoog aan de hemel staat, ziet men soms tussen slierten hoge bewolking een omgekeerde regenboog. Deze regenboog, die een aantal keren per jaar gezien kan worden, wordt de circumzenitale boog genoemd.
Net zoals alle haloverschijnselen vindt de circumzenitale boog zijn oorsprong in hoge, dunne bewolking zoals cirrus en cirrostratus die ijskristallen bevatten. Wanneer een zonnestraal in zo'n ijskristal binnengaat, wordt de zonnestraal van richting veranderd ten gevolge van de wet van Snellius. Deze zegt dat een lichtstraal van richting wordt veranderd wanneer deze in een ander medium (lucht is het medium van geluid) terechtkomt. Op deze manier wordt de lichtstraal in het ijskristal zowel bij het binnengaan als bij het buitengaan van richting veranderd. Maar wanneer het zonlicht doorheen het ijs gaat, wordt het zonlicht niet alleen van richting veranderd, maar ook gebroken in zijn oorspronkelijke kleuren. Op deze manier verschijnt op deze manier een omgekeerde, soms heel heldere regenboog aan de hemel. Vaak zijn dan ook de kleurrijke bijzonnen aan weerszijden van de zon te zien.
In feite kan de circumzenitale boog beschouwd worden als de bovenraakboog van de grote kring van 46°, hoewel de circumzenitale boog bij bepaalde zonshoogten de grote kring niet meer aanraakt. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat de circumzenitale boog een verschijnsel is dat afhankelijk is van de zonshoogte, terwijl de grote kring op elke zonshoogte kan voorkomen. De circumzenitale boog is echter veel vaker te zien dan de grote kring, en als de grote kring zichtbaar is, gaat het om een vage en grotere versie van de kleine kring. Wetenschappers vermoeden dat er een circumzenitale boog bestaat die onder ideale atmosferische condities 360° omheen het zenit te zien zou moeten zijn. Alleen is een dergelijk verschijnsel nog nooit gezien of gefotografeerd.
