Bầu trời đêm thiếu đi các loại bức xạ Mặt Trời (không kể ánh phản chiếu của Mặt Trăng). Do đó, nó tối đen, cho phép quan sát hàng nghìn ngôi sao lấp lánh trên bầu trời (sự lấp lánh của các sao là do các nhiễu động khúc xạ trong khí quyển). Các ngôi sao vẫn luôn hiện diện vào ban ngày (những ngôi sao sáng nhất có thể thấy bằng kính thiên văn ban ngày), nhưng không thể nhìn thấy được vì Mặt Trời và ánh sáng khuếch tán ban ngày quá sáng.

Bầu trời ban đêm ở một vài nơi còn có thể có những màu sắc rực rỡ đến từ cực quang, các ánh khí hay ánh sáng hoàng đạo.

Nghịch lý Olbers về bầu trời đêm nêu một sự mâu thuẫn, giả sử có một vũ trụ tĩnh và vô hạn, bầu trời đêm không thể tối đen vì hướng nào cũng có ánh sáng từ vô số vì sao.

Hiện nay, do ô nhiễm ánh sáng đô thị, nhiều nơi trên Trái Đất không còn được chứng kiến bầu trời đêm tối đích thực, hạn chế các quan sát thiên văn. Sự chiếu sáng đô thị mạnh tạo ra những loại tán xạ trên bầu trời được gọi là skyglow, lấn át các ánh sao và dải Ngân Hà.