Para empezar con esta pregunta, debemos remarcar que el color no es una propiedad inherente a un objeto. Por ejemplo, un objeto que consideramos verde, cuando quitamos casi toda la luz en una habitación, se vuelve de color grisáceo. Por ende, el color no es una propiedad fiable de un objeto, ya que depende de la cantidad de luz que llegue. Esto mismo ocurre con el cielo y el Sol.

La luz no es más que una onda electromagnética, cuya fuente principal es el Sol, en el caso de la Tierra. La luz del Sol es originariamente blanca, pues reúne la suma de todos los colores. Esa luz llega hasta los cuerpos, quienes absorben esa energía y reflejan toda o parte de ella. Por tanto, todos los colores de los cuerpos que veamos son aquellos que el cuerpo ha absorbido y ha reflejado (por consiguiente, hay ciertos colores que serán absorbidos sin ser reflejados; estos no nos harán ver ese determinado color).

Pero no sólo es la luz solar la que juega un papel importante en el color del cielo. Según la dispersión de Rayleigh, cuando la luz atraviesa un cuerpo transparente líquido o sólido con partículas más grandes que la longitud de onda, la luz rebota y se dispersa en partículas mucho menores (descomponiendo cada una de las longitudes de onda diferentes en direcciones dispares, dando lugar a una forma de abanico). Cuando la luz atraviesa la atmósfera, las diferentes partículas que hay en ella favorecen este fenómeno. En lugares como la Luna, donde no hay atmósfera, puesto que la luz no rebota en ninguna partícula, todos los colores son absorbidos y ninguno dispersado; la ausencia de colores reflejados da como resultado el color negro. En otros planetas, como Marte, con un alto índice de CO2, veremos el cielo de color rojizo.

Llegados a este punto, es necesario hablar del espectro electromagnético. Éste recoge la gran variedad de ondas que recibimos del Sol, cada una con una longitud de onda diferente.

Como vemos en el esquema, las ondas pueden ser de diversas clases según su longitud (llamamos longitud a la distancia que hay entre las crestas de las ondas). De todas ellas, el ojo humano sólo es capaz de percibir algunas, las halladas entre más o menos 0,4 - 0,7 micrámetros. Estas ondas forman un conjunto denominado espectro visible. A partir de 0,7 micrámetros, tendremos las ondas infrarrojas, y por debajo de los 0,4 micrámetros, las ondas ultravioletas (ambas incapaces de distinguir con nuestro órgano ocular). Como podemos observar, dentro del espectro visible, los violetas y azules corresponden a unas longitudes de onda más bajas que los rojos. Este hecho será decisivo en la percepción azul del cielo durante los días despejados.


Lo que ocurre en la Tierra es que la luz solar atraviesa la atmósfera, donde millones de partículas pequeñas (conocidas como aerosoles) reflejan la luz proviniente del Sol. Sin embargo, los aerosoles son minúsculos, por lo que sólo son capaces de reflejar aquellas longitudes de onda más pequeñas (es decir, las correspondientes a violetas y azules), siendo las correspondientes al resto de colores capaces de atravesar la atmósfera. Entonces, el cielo adquiere un color azulado, resultado de la dispersión de azules y violetas de cada partícula atmosférica. El Sol, toma un color amarillento (puesto que los azules ya han sido reflejados, la suma de todos los demás colores da un color amarillo). Una pregunta que podría surgir es la siguiente: Si se dispersan azules y violetas, ¿por qué no vemos violetas en el cielo? La respuesta es muy simple: el ojo humano percibe mejor los azules que los violetas, pues estos últimos se ubican demasiado cerca de las longitudes de onda ultravioletas.

Durante el amanecer, puesto que el Sol se halla en una posición más tangente respecto a la Tierra, por lo que la cantidad de aire y, por ende, aerosoles que la luz encontrará por el camino será aún mayor. Por consiguiente, mayor cantidad de amarillos se reflejarán, dando al cielo esa gama de colores más anaranjados o rojizos.


De noche, al no llegar ninguna cantidad de luz más que la proviniente por la luna, el cielo adquirirá colores mucho más oscuros.


En el caso de las nubes, todos sabemos que están formadas por minúsculas partículas de agua. Esta partículas son mayores que los aerosoles hallados en la atmósfera, por lo que son capaces de reflejar cualquier longitud de onda. Absorber y reflejar todos los colores otorga un color blanco al cuerpo. Si esto ocurre de manera masiva, las partículas difusoras no son coloreadas, lo que ocasiona la atenuación de la luz blanca hacia colores de grises a oscuros. Este efecto se observa en días nublados, donde las nubes son gruesas mostrando colores grisáceos.