太陽から放射される光には、人間の目に見える「可視光線波長」が存在する。この波長はおよそ380ナノメートルから750ナノメートルに分布しており、波長が長い光は赤く、波長が短い光は青や紫として認識される。
地球の大気は、主として窒素分子や酸素分子で構成されている。これらの分子のサイズは、光の波長よりもはるかに小さい。このような微小な粒子に光が衝突したときに起こるのが「レイリー散乱」だ。レイリーの法則によれば、波長の短い青い光は、波長の長い赤い光に比べておよそ10倍も強く散乱される性質を持つ。
太陽光が大気圏に突入すると、赤い光や黄色い光は気体分子の影響をほとんど受けずに直進して地上へと届く。一方で、波長の短い青い光は大気中の無数の分子にぶつかり、四方八方へと激しく跳ね飛ばされる。この散乱された青い光が地球全体の大気を満たし、あらゆる方角から私たちの目に飛び込んでくるため、空全体が一面青く染まって見えるのだ。
ここで一つの疑問が生じるかもしれない。「紫のほうが青よりも波長が短いのなら、なぜ空は紫色に見えないのか？」という点だ。その答えは、太陽光のスペクトル分布と人間の網膜の構造にある。太陽光に含まれる紫の成分は青に比べて絶対量が少なく、さらに人間の眼球にある色覚センサー（錐体細胞）が紫よりも青の波長に対して圧倒的に高い感度を持っているため、私たちは空を鮮やかな青として知覚している。
