Đáp án cho câu hỏi “Tại sao bầu trời có màu xanh?” bắt đầu từ nguồn ánh sáng duy nhất trong dải ngân hà của chúng ta: Mặt trời.
Ánh sáng mặt trời có màu trắng, nhưng ánh sáng trắng này được tạo thành từ tất cả các màu của quang phổ nhìn thấy được, từ đỏ đến tím. Trên đường đi xuyên qua bầu khí quyển, ánh sáng mặt trời bị hấp thụ, phản xạ và bị thay đổi bởi các nguyên tố, hợp chất và hạt khác nhau. Màu sắc của bầu trời phụ thuộc phần lớn vào bước sóng của ánh sáng tới, nhưng các phân tử không khí (chủ yếu là nitơ và oxy) và các hạt bụi cũng đóng vai trò quan trọng.
Khi mặt trời ở trên cao, phần lớn các tia của nó chặn bầu khí quyển ở những góc gần như thẳng đứng. Các bước sóng ánh sáng ngắn hơn, chẳng hạn như tím và xanh lam, dễ dàng được các phân tử không khí hấp thụ hơn so với ánh sáng có bước sóng dài hơn (nghĩa là từ các dải màu đỏ, cam và vàng trong quang phổ). Các phân tử không khí sau đó tỏa ra ánh sáng tím và xanh lam theo các hướng khác nhau, làm bão hòa bầu trời. Tuy nhiên, bầu trời giữa trưa có vẻ xanh lam chứ không phải là sự kết hợp giữa xanh lam và tím, vì mắt chúng ta nhạy cảm với ánh sáng xanh hơn là ánh sáng tím.
Khi mặt trời ở gần đường chân trời vào lúc Bình Minh và hoàng hôn, các tia mặt trời chiếu vào bầu khí quyển ở những góc xiên (nghiêng) hơn, và do đó những tia này phải truyền đi một khoảng cách lớn hơn trong bầu khí quyển so với lúc giữa trưa. Kết quả là có nhiều phân tử nitơ, oxy và các hạt khác có thể chặn và phân tán ánh sáng mặt trời tới.
Trong suốt quãng đường dài này, bức xạ tới ở các bước sóng xanh lam và tím ngắn hơn hầu hết được lọc ra và ảnh hưởng của các bước sóng này đến màu sắc của bầu trời giảm đi. Những gì còn lại là các bước sóng dài hơn và một số tia này tấn công bụi và các hạt khác ở gần đường chân trời cũng như các giọt nước tạo nên các đám mây để tạo ra các sắc thái đỏ, cam và vàng mà chúng ta thích thú vào lúc bình minh và hoàng hôn.