Ánh sáng trắng được tạo thành từ tất cả các màu đơn sắc. Các nhà vật lý cho rằng khi ánh sáng mặt trời đi vào bầu khí quyển trái đất, gặp phải các phân tử nhỏ nitơ và ôxy trên bầu trời, nó bị tán xạ, hoặc khúc xạ. Các tia sáng có bước sóng ngắn nhất (xanh và tím) bị tán xạ mạnh hơn các tia sóng dài (đỏ và vàng). Và chính những tia tánxạ này đi tới mắt chúng ta. Vì thế, khi chúng ta nhìn theo một hướng trên bầu trời, chúng ta nhìn thấy những ánh sáng bước sóng bị tán xạ nhiều nhất, thường là cuối dải màu xanh.

Vào thế kỷ 19, nhà vật lý John William Strutt (nổi tiếng với tước vị Huân tước Rayleigh) đã viết phương trình biểu diễn sự tán xạ trên bầu trời. Và gần đây, Raymond Lee từ Học viện hải quân Mỹ tiến hành đo ánh sáng trên bầu trời vào giữa trưa. Cả phương trình và phép đo đạc đều cho thấy cường độ của ánh sáng tím tới mắt ta cũng nhiều không kém gì ánh sáng xanh dương.

"Cách lý giải truyền thống về bầu trời xanh là ánh sáng mặt trời bị tán xạ - các bước sóng ngắn hơn thì tán xạ mạnh hơn các tia sóng dài. Song thực tế, một nửa lời giải thích thường bị bỏ qua: đó là bằng cách nào mắt chúng ta nhận được phổ này", Glenn Smith, một giáo sư cơ khí tại Viện Công nghệ Georgia nhận xét. Smith đã viết một bài báo để giải thích trên số mới đây của tạp chí American Journal of Physics, kết hợp vật lý ánh sáng với hệ thống thị giác của mắt người.

Mắt người nhìn được màu sắc là nhờ vào 3 loại tế bào hình nón, que và hình trụtrên võng mạc. Mỗi loại cảm nhận tương ứng với một loại ánh sáng có bước sóng khác nhau: dài, vừa và ngắn. "Bạn sẽ cần cả ba loại tế bào này mới nhìn màu chính xác được", Smith giải thích.

Khi một bước sóng ánh sáng đi đến mắt, tế bào hình nón sẽ gửi một tín hiệu tới não. Nếu là ánh sáng xanh dương với các gợn sóng ngắn, tế bào nón sẽ phát tín hiệu để não nhìn ra màu xanh. Nếu là sóng đỏ với các bước sóng dài, não sẽ nhìn thấy màu "đỏ".

Tuy nhiên cả ba loại tế bào trên đều nhạy cảm trên một khoảng rộng, có chỗ chồng chập lên nhau, điều đó có nghĩa là hai phổ khác nhau có thể gây ra cùng một phản ứng ở một nhóm các tế bào nón. Chẳng hạn nếu một sóng đỏ và sóng xanh lục đi vào mắt cùng lúc, các tế bào nón khác nhau sẽ gửi một tín hiệu mà não dịch ra là màu vàng.

Smith đã chỉ ra rằng, màu cầu vồng đa sắc của bầu trời khi đi vào mắt người sẽ được cảm nhận tương tự như sự chồng chập của ánh sáng xanh dương "nguyên chất" với ánh sáng trắng. Và đó là lý do vì sao bầu trời xanh lơ - hoặc gần như vậy.

"Mắt của bạn không thể phân biệt sự khác nhau giữa phổ tổng hợp xanh dương - tím với hỗn hợp của ánh sáng xanh dương nguyên chất và ánh sáng trắng", Smith nói.

Trong mắt các loài động vật khác, màu của bầu trời lại khác hẳn. Trừ người và một số loài linh trưởng, hầu hết động vật chỉ có hai loại tế bào hình nón thay vì ba. o¬ng mật và một số loài chim nhìn ở bước sóng cực tím - loại bước sóng vô hình trước con người.

Để hiểu ngắn và gọn vấn đề ta có thể nói;

Do ánh sáng màu xanh từ mặt trời có nhiều hơn ánh sáng từ màu tím và mắt người nhạy màu với màu xanh hơn màu tím. Vào lúc hoàng hôn và bình minh thì ánh sáng mặt trời không chiếu thẳng mà phải đi một đường xa hơn mới tới được mắt người. Lúc đó ánh sáng bước sóng ngắn sẽ bị tán xạ đi và mắt người chỉ còn nhìn thấy ánh sáng có bước sóng dài, do vậy bình minh và hoàng hôn thì bầu trời mời có màu đỏ. Trong điều kiện ánh sáng mặt trời bình thường thì bầu trời sẽ có màu xanh bởi sự biến đổi bước sóng khi va đập với khí quyển.