天空的颜色（也就是大气层的颜色）实际上是光谱中蓝色周围的合成颜色，我们称之为“蔚蓝”。如果没有大气层我们看见的太阳就是在漆黑的太空背景中一个非常耀眼的大火球，空间站的宇航员就能看到这样的景象。
因为太阳光透过大气层失去了大部分光谱中的蓝色区域，我们透过大气层看太阳往往是黄颜色的。蓝色光与黄色光混合后是白光（没通过大气层的太阳光）。
阴雨天的天空是灰白色的，因为云层较厚对阳光的主要表现是反射，这时光线就比晴天弱，天空就比晴天显得暗一些，当再次阳光透过较厚云层后，由于云层中含水量较大，还有较多的尘埃，阳光经反射后就主要表现尘埃与小水滴或小冰晶的颜色，所以阴雨天的天空看上去是灰白色的。
天空变成白色的原因
1、大气污染的情况下，比如出现雾和霾时（雾和霾是两个完全不同的概念），天空总是能见度不佳呈现白色。当光线碰到粒径大小接近于或大于光线波长的粒子时，发生的散射叫米氏散射（或米散射）。
2、米氏散射的强度几乎与波长无关，而且光子散射后的性质也不会改变，因此经米氏散射后的光线呈现白色或灰色。在雾天或霾天时，空气中悬浮着大量的水滴、烟、尘等颗粒，光线透过时主要是米氏散射，因此看到的总是白茫茫甚至是灰色的一片。
补充
散射后的太阳光，一部分返回太空，一部分到达地面，一部分保留在大气中。
假若空气分子直径小于太阳可见光波长，反之，则波长愈短，散射作用愈大。在晴朗的天气里，当太阳位于天空时，波长较短的蓝光被散射５０％以上，而波长较长的红光几乎全部通过，所以天空呈蓝色。雨后天晴，天空呈青蓝色也是这个道理。悬浮在空气中的尘埃、烟粒、水滴等，其直径大于波长，它们对不同波长的散射效果大致相当。所以当大气中含有尘粒时，天空呈白色。被严重污染的工业区，由于大气中尘埃含量增多，太阳光被大量散射，太阳看上去是一个无光泽的红色球体，严重时形成“昏暗的中午”。
假如没有大气的散射作用，天空就不再是蔚蓝色，早晨也看不见红日冉冉升起，烈日当顶时太阳明亮而刺眼，背阴处则暗淡无光，屋内一片漆黑，太阳一落山就变得伸手不见五指。