Questo fenomeno è dovuto alla struttura chimica e fisica dell’atmosfera, cioè alla sua composizione chimica e al fatto che l’atmosfera ha una struttura stratificata.La radiazione solare ha una distribuzione spettrale caratteristica, determinata dalla temperatura della fotosfera. Il massimo dell’energia emessa dal Sole si ha nelle lunghezze d’onda del visibile e precisamente in corrispondenza del colore giallo. Ma non tutta l’energia che ci proviene dal Sole arriva a Terra, in quanto l’atmosfera, attraverso vari processi, di riflessione e assorbimento, filtra questa radiazione in modo che alla superficie terrestre ne arriva solo una parte.
Per esempio la pericolosa coda verso le corte lunghezze d’onda (i cosiddetti raggi g, X e UV) vengono efficacemente assorbiti dallo strato di ozono, presente in quota, mentre parte della radiazione infrarossa viene assorbita dall’anidride carbonica e dal vapor d’acqua, in modo che la Terra non si raffreddi troppo.
Infine parte della radiazione solare incidente viene assorbita e diffusa dall'atmosfera in tutte le direzioni. La diffusione è più efficiente nelle corte lunghezze d’onda, quindi quando la radiazione incidente è quasi perpendicolare (nell mezzo del giorno) la radiazione diffusa è principalmente quella blu, ma all’alba e al tramonto, quando lo strato di atmosfera da attraversare è molto più grande a causa dell’inclinazione dei raggi, anche tutte le altre radiazioni vengono diffuse, e in particolare la radiazione rossa che colora il cielo del tramonto.