Himlens färger bestäms av ett ett fenomen som kallas för Rayleighspridning, efter den brittiske fysikern Lord Rayleigh, och uppstår när fotoner sprids mot bundna elektroner. Hur stor spridning fotonerna får beror på våglängden eftersom Rayleigh-spridning är proportionell mot λ-4, där λ är våglängden. Som bekant består vitt solljus av en blandning av alla regnbågens färger och det som skiljer färgerna åt är att de har olika våglängd.
När ljusstrålarna från solen träffar jordens atmosfär är det alltså Rayleighspridningen som gör att de olika färgerna i ljuset sprids olika mycket. Blått och violett har kortast våglängd och sprids mest och det är det som gör att himlen ser blå ut när vi tittar upp.
Allteftersom ljusstrålarna passerar genom atmosfären sprids det blåa ljusets fotoner mer och mer medan de långvågiga röda ljusets fotoner sprids i mycket mindre omfattning. Ju längre ljuset färdas, ju rödare uppfattar vi färgen eftersom den innehåller en avtagande koncentration av blåa fotoner. Högt uppe i det blå studsar det blåa ljusets fotoner runt bland vår syre- och kvävemolekylerna i vår atmosfär.
