天空中色彩各异的颜色是在不同的气象条件下，阳光在大气层中的散射所引起的。我们所看到的天空的颜色，实际上是大气层散射的光线的颜色。如果天空是十分纯净的，没有大气和其它微粒的散射作用，那么，除了能看见太阳、月亮、星星以外，整个天空背景将是一片黑暗。
大气对不同色光的散射作用并不是“机会均等”的，在相同的非均匀媒质中，光的波长越短，散射就越强。波长较短的蓝光和紫光要比波长较长的红光和橙光的散射能力强10万倍；另一方面，散射强度与媒质中质点的大小有关，质点越小，越有利于短波光线的散射，而不利于长波光线的散射。
在晴朗的天气中，大气比较纯净，大气分子是极细小的质点，有利于短波光线的散射，所以阳光中波长较短的蓝光和紫光极易通过大气散射开来，散布在整个天空背景上，由于人眼对紫光不太敏感，所以天空看起来就成了蔚蓝色。
当天空中有云时，云中的水滴是较大的质点，可以引起各种色光的散射，相互混合的结果，看上去就如片片白絮。
在大雨来临之前，云中的水滴又大又密，透明度很低，散射出来的光线很少，因此天空看上去就是灰蒙蒙或黑沉沉的。