天空呈现蓝色的原因
天空呈现蓝色主要是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳光进行选择性散射。当阳光进入大气后，空气分子和尘埃、水滴、冰晶等微粒会将阳光向四周散射。阳光中红光波最长，透射性也最大，大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面；而波长较短的蓝、靛、紫色光，则很容易被大气微粒散射，被散射了的它们布满天空，从而使我们看到的天空呈现出蓝色。需要注意的是，虽然紫光波长更短，但地球周围的臭氧对太阳辐射的紫外线有强烈的吸收作用，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，所以我们看到的天空不是紫色而是蓝色的。
光的散射与天空颜色的关系
光由不同波长的颜色组成，包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。当光线进入大气层时，会与大气中的微小物质发生散射。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。然而，在大气污染的情况下，比如出现雾和霾时，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。此外，波长越短散射越强，理论上天空应该是紫色，但由于上述提到的紫光的吸收和人眼对紫色的不敏感，我们看到的天空是蓝色。
瑞利散射对天空蓝色的影响
瑞利散射是一种光学现象，解释了天空呈现蓝色的原因。在大气中，氮气和氧气分子的尺寸远小于光的波长，当太阳光穿过大气层时，蓝光的波长比红光短，因此蓝光更容易受到气体分子的散射。这导致蓝光在大气中以较强的强度散射，使得我们在望向天空时看到蓝色。在日落或日出时，太阳光经过更长的传播路径，大部分蓝光已经被大气中的瑞利散射散射掉，剩余的光主要是红光，因为红光的波长较长，相对较少受到散射，这就是为什么在日落或日出时，天空和太阳呈现出橙红色。瑞利散射不仅影响天空的颜色，还在光纤通信、天文学等领域发挥着重要作用。
大气成分与天空颜色的关联
在洁净、未受污染的大气中，大部分的散射是由空气中的分子（主要是氧和氮分子）引起的，这些分子的大小比可见光的波长小得多。瑞利理论指出，散射光强和波长的四次方成反比，在这种情况下，散射主要影响波长较短的光，所以天空本身呈现出蓝色，而太阳光直接穿透空气，在散射过程中失去许多蓝色，所以太阳本身呈现出灿烂的黄色。除了散射外，太阳光还被空气中的臭氧分子和水蒸气所吸收，这也会影响到达地面的太阳光的能量和颜色。
不同天气下天空颜色变化的原因
在不同的天气条件下，天空的颜色会发生变化。在晴朗的天气中，大气比较纯净，有利于短波光线的散射，所以天空看起来是蓝色。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。此外，在一些特殊的气候条件下，如雷暴、山火、沙尘暴等，也会导致天空出现绿色、橙色、灰白色等“怪异”颜色。例如，美国南达科他州出现罕见绿色天空，往往表明着一场雷暴的到来，这种颜色的产生与雷暴中光线折射有关；旧金山的天空曾变成橙色，是因为山火导致空气中的烟雾粒子散射出蓝光，只允许黄-橙-红光到达地面；迪拜的天空变成灰白色，则是因为强沙尘暴袭击，空气中沙尘弥漫。