陽光所含的七種顏色中，紫、藍、青光的波長短，最容易被大氣分子散射出來；而波長較長的橙、紅、黃等顏色的光波透射力最強，被散射便弱。在高空的散射光便以紫、藍、青光等為主，對下層空氣分子散射來講，主要是藍色光線被散射出來。因此，我們看到的天空是蔚藍色的，而且天氣越晴朗，天空就越藍。
清晨或日落時分，天色呈現白色或紅色。天空的白色是由於大氣粒子在空氣中移動時，藍光散射的結果。散射使藍光更分散，使它從遠處看起來更蒼白。隨著太陽在天空中下降，光線穿過更多的空氣，甚至散射更長的光波，使紅色的光波更加可見，因為藍色的光波已經更分散，因為它們在到達眼睛之前走了更遠的距離。
19世紀的科學家約翰·廷德爾是第一個提出天空藍色理論的人。瑞利勳爵闡述了廷德爾關於大氣散射光的理論。瑞利對光進行了更多的研究，最終得出藍光比紅光散射更多的結論。他估計藍光比紅色還要分散10倍。以前，科學家認為大氣中的塵埃和水粒子有助於光的吸收和散射。這些理論有些不全面，因為天空會隨著大氣中的塵埃和水的變化而改變顏色。
天空的顏色也與我們眼睛中的感受器聯絡在一起，這些感受器對各種顏色的觸發因素的敏感性各不相同，眼睛對波長的顏色有不同的感知。眾所周知，藍色的感受器比紅色和綠色的感受器更敏感，因此，我們更有可能感知從陽光中散射出來的藍光粒子。
