Kolor nieba i chmur zależy od rozpraszania światła widzialnego przez cząsteczki powietrza, kropelki wody, kryształki lodu i pyły zawieszone w atmosferze. Kluczowym zagadnieniem jest kolor nieba w ciągu dnia. Jest on wynikiem rozproszenia przez powietrze promieniowania słonecznego; bez tego rozpraszania niebo byłoby czarne, a gwiazdy byłyby widoczne w dzień. Cząsteczki gazów w atmosferze są znacznie mniejsze od długości fali światła słonecznego, co prowadzi do rozpraszania Rayleigha we wszystkich kierunkach. Rozpraszanie to jest odwrotnie proporcjonalne do czwartej potęgi długości fali, więc krótsze fale (jak fiolet) są rozpraszane znacznie bardziej niż dłuższe (jak czerwień). Chociaż rozpraszanie jest największe dla fioletu, niebo wydaje się niebieskie z powodu niskiej intensywności fioletu w widmie słonecznym i czułości ludzkiego oka.

Chmury w pobliżu słońca przyjmują czerwony kolor tuż przed lub po zachodzie oraz wschodzie słońca, a samo słońce staje się czerwone przed zachodem. Wynika to z rozpraszania promieni słonecznych. Kiedy słońce jest nisko nad horyzontem, jego światło przechodzi przez grubszą warstwę atmosfery, rozpraszając krótsze fale (niebieskie, fioletowe) i pozostawiając dłuższe fale (czerwone). Światło to rozpraszane przez kropelki chmur nadaje im czerwony kolor. Zarówno przy wschodzie, jak i zachodzie słońca, promienie przechodzą przez grubą warstwę atmosfery, choć wieczorem może być więcej aerozoli, które również rozpraszają światło. Im dalej od słońca, tym niebo staje się mniej czerwone, a bardziej niebieskie, szczególnie w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku padania promieni słonecznych, gdzie rozproszenie jest największe.