Kolor nieba i znajdujących się na nim chmur zależy od kilku zjawisk optycznych. Najważniejszymi z nich jest rozpraszanie światła widzialnego przez molekuły powietrza, znajdujące się w powietrzu kropelki wody, kryształki lodu oraz pyły zawieszone w powietrzu. Gdyby światło słoneczne nie było rozpraszane przez atmosferę, to niebo byłoby czarne i w dzień widoczne byłyby gwiazdy.
Musimy sobie przede wszystkim wyobrazić, że oglądamy sferę niebieską, która jest złudzeniem, wynikającym z ograniczonej możliwości percepcji odległości przez człowieka. Nie potrafimy zobaczyć dalej niż na kilkanaście kilometrów co stanowi klasyczny widnokrąg. Dlatego też nawet w najbardziej przejrzysty dzień, z najwyższej góry nie moglibyśmy dostrzec znacznie odleglejszych obiektów.
Obserwujemy więc zjawisko rozpraszania światła na tej pozornej, otaczającej nas sferze. Zgodnie z zasadami rozpraszanie jest największe dla fioletu, a najmniejsze dla czerwieni (które dzieli około dwukrotna długość fali). Kolor nieba nie jest fioletowy – wynika to z małej intensywności fioletu w widmie słonecznym oraz z charakterystyki czułości oka ludzkiego, stąd wypadkowa światła rozproszonego w całym widmie widzialnym daje wrażenie koloru niebieskiego. Gdy Słońce jest nisko nad horyzontem, lub poniżej niego, jego promienie przechodzą przez grubą warstwę powietrza ponieważ padają pod małym, niemal równoległym kątem do powierzchni ziemi. W świetle tym fale o mniejszej długości (niebieski, fiolet) są rozproszone i nie trafiają do oka obserwatora patrzącego w kierunku słońca, a pozostają głównie fale o największej długości - czerwone. Dlatego, gdy Słońce jest nisko nad horyzontem, niebo (chmury) w jego okolicach przybiera kolor czerwieni.
