人们生活在地球表面，地球表面被1000多公里厚的大气层笼罩着，大气具有很好的透光性，是一种混合物，主要由78%的氮气和21%的氧气构成，并且在重力的作用下，海拔越高，密度越低。云是由水蒸气冷却后形成的小水滴和小冰晶形成的，悬浮在上千米的高空中，介于半透明状态。这两种介质都是不均匀的，必然会发生散射现象。
天空的颜色与瑞利散射有关。大气分子的直径小于1纳米，可见光的波长在400纳米以上，当透明物质粒子的尺度小于光波长的1/10时，阳光在穿过大气时就会发生瑞利散射（又叫做分子散射）。瑞利散射的散射强度与波长的4次方成反比，即光的波长越短，散射越强。
太阳光属于复合光，可以分解为红橙黄绿蓝靛紫7种色光，其中紫光的波长最短。在大气分子的作用下，波长较短的光被更多地散射至整个天空，紫色光和靛色光在高空中被率先散射，地面上的人很难看到，并且人眼对波长较短的蓝光更加敏感，所以整个天空看起来就是蓝色的。如果没有散射，天空将一片黑暗，比如月球上的天空。海水为什么是蓝的，也与瑞利散射有一定的关系。
如果没有大气的干扰，太阳看起来是白色的。当太阳斜射，阳光要穿过更厚、密度更大的大气，波长较短的光大多被散射了，阳光到达人眼时，红光占比最大，所以早上或者傍晚时分看到的太阳偏红。红色的指示灯在大雾里更容易被人看见，也是这个原理。
云的颜色与米氏散射有关。当微粒的直径与波长相当时，就会发米氏散射，散射强度与光波长的二次方成反比。相对于瑞利散射，米氏散射的强度要弱很多。云层本身比较薄，当阳光穿过云层时，各种色光的散射强度相差不大，所以云看起来就是白色的。当云层较厚时，阳光几乎不能照射下来，云便呈现出灰色。
下图为微粒尺寸与散射强度的关系。
总结起来，天空的颜色与瑞利散射有关，而云的颜色主要与米氏散射有关。至于彩云的形成，则是两者共同的作用。彩色的云霞一般出现于晴朗的清晨或傍晚，早晨的被称之为朝霞，傍晚的被称之为晚霞或火烧云。
