太陽から放出される電磁放射線の一部は、可視放射線 (光) を含め、地球の大気によって反射されます。別の部分はこの大気を貫通し、最終的には多かれ少なかれ直接横切り、観察者の目に到達します。地球の大気は、特に波長が短いため (可視スペクトルでは紫に近い色に相当します)、太陽からの放射線を拡散させます。
私たちが視線を太陽またはその近くに向けると、最も直接的な放射線を知覚します。これらは長波長の放射線（赤に向かう色）であり、大気によってあまり拡散されません。
私たちが空のどこかに視線を向けると、太陽からの軌道が非常に間接的な放射線を知覚します。これらは大気によって非常に拡散された短波長（紫に近い色）の放射線です。
可視スペクトル
人間の目は、定義上、赤の長い波長[ 1 ]と紫の短い波長[ 2 ]の間の、いわゆる可視光のみを認識します。 電磁スペクトルを参照してください。
すべての周波数が同等の割合で存在する場合、私たちは完全な太陽光の白色光を認識します。しかし、異なる周波数はいくつかの現象に対して同じように反応するわけではありません。
その結果、観察する方向に応じて周波数分布（スペクトル）が異なり、観察される色も異なります。
大気の厚さの影響
太陽の色に対する分散の影響は、天頂よりも地平線近くでより顕著になります。その場合、光は大気中をより長く通過するため、より多くの粒子に遭遇します。
このように、夜明けと夕暮れでは空の色が変化します。日の出（および日没）時には、地平線近くの太陽が赤く見えます。これは、青い光が遠くに散乱され、太陽から直接来る光しか見えないためです。
同様に、空気が薄い高度では、分散ははるかに小さくなります。したがって、私たちは大気によって拡散された直接光をより多く受け取り、間接光ははるかに少なくなります。空は明るさが少なく、暗くなり、「より深い」青になります。
大気組成の影響
空の明るさと空が発する光の質は、大気の組成と浮遊粒子の存在にも依存します。空気分子は、チンダル効果またはレイリー散乱と呼ばれる選択効果で光を拡散し、晴れた空に青い色を与えます。
実際、レイリー散乱は、空が紫色に見えるはずであることさえ示しています。さらに、黒体の法則では、太陽の放射は青色よりも紫色の領域でより重要であると述べられています (紫外線についてはさらに重要です)。しかし、明所視における人間の目の感度は緑色付近でピークに達し、紫に対する感度は 100 分の 1 低くなります。したがって、「グリーンシフト」により、空は青く見えるようになります。
水蒸気は明るさの重要な要素です。水蒸気の影響で、太陽の赤（そして空の青）は朝よりも夕方、砂漠よりも海の方が強くなります。水の量によって水滴（雲、霧）が現れると、それらは入射光を吸収して拡散します。数は少ないが、その効果は主に拡散であり、(直接光の影響で) 晴天よりも天空洞を明るくします。密度が高く、吸収が優先され、その影響で空が暗くなります。
空気中に浮遊する粒子 (塵) も注目すべき役割を果たします。それらは光を部分的に吸収し、地面に到達するエネルギーの全体量を減少させます。おそらく選択的に拡散するのでしょう。