阳光所含的七种颜色中，紫、蓝、青光的波长短，最容易被大气分子散射出来；而波长较长的橙、红、黄等颜色的光波透射力最强，被散射便弱。在高空的散射光便以紫、蓝、青光等为主，对下层空气分子散射来讲，主要是蓝色光线被散射出来。因此，我们看到的天空是蔚蓝色的，而且天气越晴朗，天空就越蓝。
清晨或日落时分，天色呈现白色或红色。天空的白色是由于大气粒子在空气中移动时，蓝光散射的结果。散射使蓝光更分散，使它从远处看起来更苍白。随着太阳在天空中下降，光线穿过更多的空气，甚至散射更长的光波，使红色的光波更加可见，因为蓝色的光波已经更分散，因为它们在到达眼睛之前走了更远的距离。
19世纪的科学家约翰·廷德尔是第一个提出天空蓝色理论的人。瑞利勋爵阐述了廷德尔关于大气散射光的理论。瑞利对光进行了更多的研究，最终得出蓝光比红光散射更多的结论。他估计蓝光比红色还要分散10倍。以前，科学家认为大气中的尘埃和水粒子有助于光的吸收和散射。这些理论有些不全面，因为天空会随着大气中的尘埃和水的变化而改变颜色。
天空的颜色也与我们眼睛中的感受器联系在一起，这些感受器对各种颜色的触发因素的敏感性各不相同，眼睛对波长的颜色有不同的感知。众所周知，蓝色的感受器比红色和绿色的感受器更敏感，因此，我们更有可能感知从阳光中散射出来的蓝光粒子。