蓝天是太阳光和地球的大气层互相作用的结果。众所周知，太阳光由许多不同颜色的光组成，每个颜色都有其相应的波长。而不同颜色的光在传过传输介质时的物理特性也不同。
例如，太阳光穿过水等透明材料，光线将发生折射或弯曲。这是因为光在从一个介质（空气）传播到另一个介质（水）时速度会改变，不同波长的光速度改变的程度也不同，也就是说不同颜色的光弯折的程度不一样，棱镜能够把白光分解各种彩色逛，就是这个原因。
太阳光照射在镜子上，会在单个方向上反射，而照射在灰尘等小颗粒上，则会向许多方向散射光线。现在，把小颗粒的尺度再缩小点，缩小到不大于光波长的十分之一，则此时太阳光照射在小颗粒上发生的散射就被称作“瑞利散射”。天空是蓝色的就是因为瑞利散射的结果。
瑞利散射的程度和光的波长有关，其中低波长的光被散射最多。在低层大气中，微小的氧和氮分子散射短波长光，如蓝色和紫色光，其散射程度远大于长波长光，如红色和黄色。事实上，400纳米光（紫色）的散射比700纳米光（红色）的散射大9.4倍。
虽然大气中的粒子散射紫色超过蓝色（450纳米光），但天空看起来是蓝色的，因为我们的眼睛对蓝色光更敏感，而且紫色能量非常高，更容易损耗在大气中。
在日出或日落期间，太阳光是倾斜着照射在地球的，阳光经过更多的大气才能到达地表，所以高能量的蓝光和紫光损耗更多。波长较长的红光和黄光反而到达地表更多，因此天空看起来偏橘红色。
