Um diesen Effekt zu erklären, muss man das Sonnenlicht etwas näher betrachten. Das Licht der Sonne besteht aus einer Mischung farbigen Lichts, das alle Spektralfarben von Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett enthält, die auch als Regenbogenfarben bekannt sind. Im Normalfall wird das Licht als unfarbiges, weißes Licht wahrgenommen.

Lichtstrahlen können physikalisch als Welle betrachtet werden, wobei jede Spektralfarbe eine andere Wellenlänge hat. Blaues Licht hat eine kurze Wellenlänge, bei grünem Licht ist diese etwas länger und rotes Licht ist beispielsweise sehr langwellig. Sichtbar lassen sich Farben des Lichts gut machen, indem man einen Lichtstrahl durch ein Prisma schickt – das weiße Licht wird dabei in die einzelnen Farben zerlegt. In der Natur ist das bei jedem Regenbogen der Fall.

Kommt das Licht von der Sonne in Richtung Erde muss es ehe es auf die Erdoberfläche trifft zuerst durch die Atmosphäre. Diese Lufthülle besteht aus verschiedenen Gasen und diese wiederum aus Teilchen. Trifft Licht auf diese Luftteilchen so wird es gestreut, das heißt, es wird beim Auftreffen in alle Richtungen abgelenkt. Die Intensität dabei ist von der Lichtfarbe und damit von der Wellenlänge abhängig. Kurzwelliges Licht wird dabei intensiver gestreut als langwelliges Licht. Das blaue Licht an einem Ende des Farbspektrums hat eine 16mal höhere Streuintensität als das Rote Licht am anderen Ende.

Beim Auftreffen des Lichts auf die Lufthülle wird deshalb als erstes das blaue Licht gestreut und der Rest geht fast ungehindert durch die ersten Schichten. Ist es Tag und die Sonne steht relativ steil am Himmel, ist der Weg des Lichts durch die Atmosphäre zur Erdoberfläche relativ kurz. Auf diesem kurzen Stück wird das blaue Licht gestreut, quasi aus dem Spektrum herausgefiltert, der Rest dagegen kommt als weißes Licht zur Erde. Deswegen erscheint ein wolkenloser Himmel in strahlendem Blau.

Sinkt die Sonne gegen Abend scheinbar am Himmel nach unten, wird durch die Rundung der Erde der Weg des Lichtes durch die Atmosphäre immer länger. Das führt dazu, dass das blaue Licht „weggestreut“ ist und jetzt auch die langwelligeren Farben gestreut auf der Erdoberfläche ankommen. Ein Himmel beim Sonnenuntergang oder auch Sonnenaufgang erscheint deshalb rot und verbreitet damit eine romantische Stimmung.