Bản thân ánh sáng Mặt Trời là ánh sáng "trắng", với năng lượng bức xạ của tất cả các bước sóng ánh sáng nhìn thấy là cân bằng nhau.
Khi đi vào bầu khí quyển của Trái Đất, các phân tử trong bầu khí quyển khuếch tán ánh sáng với hệ số khuếch tán tỷ lệ nghịch với hàm mũ bậc 4 của bước sóng.
Do đó ánh sáng xanh sẽ bị tán xạ nhiều hơn lần so với ánh sáng đỏ (ánh sáng xanh ở dải bước sóng xung quanh ~450 nm, ánh sáng đỏ ~700 nm).
Kết quả là, nếu bạn nhìn thẳng vào Mặt Trời, bạn sẽ thấy nhiều ánh sáng đỏ và ít ánh sáng xanh (Mặt trời có màu vàng vào ban ngày, màu đỏ lúc bình minh hoặc hoàng hôn). Và nếu bạn nhìn vào khu vực khác trên bầu trời, những nơi bị tán xạ ánh sáng, bạn sẽ thấy màu xanh. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Tyndall và có thể xảy ra trong bóng tối với một ánh chớp chiếu qua cốc nước thủy tinh với một chút sữa.
Tuy nhiên, tại sao bầu trời lại có màu xanh mà không phải màu tím ? Điều này được lý giải bởi sự cảm nhận màu sắc của mắt người. Các tế bào cảm nhận màu xanh nhạy hơn so với màu lục hay màu đỏ:
Màu sắc chúng ta cảm nhận được phụ thuộc vào cường độ kích thích tương ứng của các tế bào này.
Bạn có nhìn thấy đồ thị độ nhạy của các tế bào cảm nhận màu đỏ gợn lên ở gần bước sóng 440 nm không? Nếu nó không ở gần đấy, thì màu xanh bị kích thích mạnh nhất, sau đó đến màu lục và cuối cùng là màu đỏ. Lúc đó chúng ta sẽ nhìn thấy bầu trời màu xanh với một chút pha lẫn của màu lục, ví dụ: màu xanh, một chút ngả về màu lam (cyan).
Tuy nhiên, đồ thị này và thực tế cho thấy các bước sóng nhỏ dưới 450 nm đều tán xạ mạnh và kết hợp với màu đỏ cũng cho ra màu xanh. Tiếp nữa, màu đỏ và màu lục bị kích thích tương đương nhau và yếu hơn nhiều so với màu xanh, do đó cuối cùng chúng ta cảm nhận được màu sắc của bầu trời là màu xanh nhạt.
Một số người tin rằng đó có thể là kết quả của sự tiến hóa khi chúng ta cảm nhận bầu trời có màu xanh.
