在地球上空，包裹着一层厚厚的大气。但大气是没有颜色的，但是当太阳光进入大气层后，大气会将太阳光向四周散射。太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光组成的，其中红光波长最长，紫光波长最短。波长比较长的红光透射性最大，能够直接透过大气射向地面，橙、黄、绿光也比较容易透过大气，而波长比较短的蓝、靛、紫等颜色的光，却很容易被大气散射而无法透过大气层。
光无论是在空气、水或是其他介质中，总是沿着直线传播。一旦遇到一个小的颗粒，就有一部分光线偏离原来的方向向四面八方传播。这就是光的散射现象。 在短波中，蓝色光能量最大，散射出来的光波也最多，被散射的蓝光布满天空，就使天空呈现出了一片蓝色。
既然波长越短散射越强，那么天空的颜色就应该是紫色，但是，因为紫光波长太短，地球周围的臭氧对太阳辐射的紫外线有强烈的吸收作用，因此能够到达地面的紫光很少，再加上我们的眼睛对紫色不如蓝色那样敏感，所以虽然紫光比蓝光波长更短，但我们看到的天空不是紫色而是蓝色的。
在大气污染的情况时，比如出现雾和霾时，天空总是能见度不佳且呈现白色。上文讲到过光线遇到较小的气体分子时发生的散射叫做瑞利散射，当光线碰到粒径大小接近于或大于光线波长的粒子时，发生的散射叫米氏散射（或米散射）。与瑞利散射不同的是，米氏散射的强度几乎与波长无关，而且光子散射后的性质也不会改变，因此经米氏散射后的光线呈现白色或灰色。在雾天或霾天时，空气中悬浮着大量的水滴、烟、尘等颗粒，光线透过时主要是米氏散射，因此我们看到的总是白茫茫甚至是灰色的一片。
所以白天，太阳在我们的头顶，当日光经过大气层时，与空气分子发生瑞利散射，因为蓝光的瑞利散射比较强，所以天空呈现蓝色。但是太阳本身及其附近却呈现白色或黄色，这是因为在太阳与太阳周围范围内我们看到的光线大多是直射光而不是散射光，所以日光的颜色（白色）基本未发生改变。
当日落或日出时，太阳几乎在我们视线的正前方，此时太阳光在大气中要走相对长的路程，这时直射光中的蓝光大多都被散射了，只剩下了红橙色的光，这就是为什么日落时太阳附近呈现红色。而此时的云也因为反射太阳光而呈现红色，这就和用红色的光照在白纸上的道理一样。注：瑞利散射是一种光学现象，属于散射的一种情况。又称“分子散射”。粒子尺度远小于入射光波长时（小于波长得十分之一），其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。
米氏散射（Mie scattering），当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。这种散射主要由大气中的微粒，如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。米氏散射的散射强度与频率的二次方成正比，并且散射在光线向前方向比向后方向更强,方向性比较明显。（感谢百度百科）
