Các sắc thái đỏ và cam chói của bầu trời khi Mặt Trời mọc hay Mặt Trời lặn chủ yếu là do sự tán xạ ánh sáng Mặt Trời của các hạt tro, bụi, các loại xon khí rắn và lỏng có trong khí quyển Trái Đất. Về mặt toán học, các sắc thái đỏ và cam được gia tăng này vào thời điểm Mặt Trời mọc hay Mặt Trời lặn có thể được giải thích bằng thuyết Mie hay xấp xỉ lưỡng cực rời rạc. Khi trong không khí tại tầng đối lưu không còn hay chỉ có ít các hạt nhỏ này, chẳng hạn sau các trận mưa dông lớn, thì phần màu đỏ còn lại và ít mãnh liệt hơn có thể được giải thích bằng tán xạ Rayleigh đối với ánh sáng Mặt Trời do các phân tử không khí. Màu sắc bầu trời khi Mặt Trời mọc nói chung ít mãnh liệt và ít chói gắt hơn so với màu sắc bầu trời khi Mặt Trời lặn, do nói chung trong không khí vào buổi sáng có ít các hạt nhỏ và xon khí hơn so với trong không khí buổi chiều. Không khí ban đêm thường cũng lạnh hơn và ít gió hơn, cho phép các hạt bụi và tro có thể ngưng đọng từ khí quyển xuống thấp hơn, làm giảm lượng hạt gây ra tán xạ Mie. Tán xạ Mie giảm xuống tương ứng với sự suy giảm lượng ánh sáng tán xạ đỏ và cam vào lúc Mặt Trời mọc. Tuy nhiên, cường độ màu khi Mặt Trời mọc có thể vượt trội so với cường độ màu khi Mặt Trời lặn nếu như xảy ra cháy rừng ban đêm, phun trào núi lửa, hoặc bão bụi ở phía đông của người quan sát. Một loạt các vụ phun trào núi lửa gần đây, chẳng hạn các vụ phun trào của núi Pinatubo năm 1991 và Krakatoa năm 1883, là đủ lớn để tạo ra các Mặt Trời mọc và Mặt Trời lặn đáng ghi nhớ trên toàn thế giới.

Đôi khi ngay trước khi Mặt Trời mọc hay ngay sau khi Mặt Trời lặn thì người quan sát có thể nhìn thấy tia chớp lục[1][2][3]