Có nhiều nguyên nhân gần giống dẫn đến sự thay đổi màu sắc của bầu trời, nhưng tất cả đều liên quan đến cách ánh sáng bị nhiễu xạ trong không khí. Ánh sáng từ mặt trời có thể bị bẻ cong khi nó di chuyển qua Trái đất bầu khí quyển và các bước sóng ánh sáng có thể truyền qua không khí một cách dễ dàng nhất sẽ tạo nên màu sắc của bầu trời.
Ánh sáng từ mặt trời có màu trắng. Ánh sáng trắng bao gồm tất cả các màu mà con người có thể nhìn thấy được. Khi ánh sáng này đi qua bầu khí quyển giàu oxy xung quanh Trái đất, các bước sóng ánh sáng ngắn tương ứng với các màu tím và chàm bị lọc ra, và bước sóng của chúng lan rộng trên bầu trời. Vào lúc bình minh và hoàng hôn, khi mặt trời ở gần đường chân trời địa phương, ánh sáng phải đi qua nhiều không khí hơn trước khi đến người quan sát. Điều này phát tán ánh sáng ra nhiều hơn bình thường, chủ yếu để lại các bước sóng dài hơn của màu vàng, cam và đỏ.
Các hạt trong không khí có thể tạo ra hiệu ứng tương tự. Đôi khi một vụ phun trào núi lửa, ô nhiễm công nghiệp hoặc cháy rừng mang lại một lượng lớn tro và bụi lên tầng trên của bầu khí quyển. Điều này có xu hướng làm tối bề mặt và phân tán ánh sáng theo những cách khiến bầu trời có nhiều màu sắc khác nhau.
