这都是地球周围的大气层对阳光进行散射而形成的。因为光在传播过程中，遇到两种均匀媒质的分界面时，会产生反射和折射现象。因此，我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色。
折射现象是指当光由一种介质（比如水）斜射入第二介质（比如空气）时，在界面上部份光发生偏离原来路线而与原来路线产生夹角的现象。最早定量研究折射现象的是公元2世纪希腊人C.托勒密，他测定了光从空气向水中折射时入射角与折射角的对应关系，虽然实验结果并不精确，但他是第一个通过实验定量研究折射规律的人。1621年，荷兰数学家W.斯涅耳通过实验精确确定了入射角与折射角的余割之比为一常数的规律，即cscθi/cscθt=常数。