日出和日落时,由于太阳光线是斜射过来的,穿过很厚的大气层,空气的分子、水汽和杂质,使得光线的短波部分（蓝紫光和紫外线）大量散射,而红、橙色的长波部分,却散射得不多,这是因为此时的直射光线要在几乎与地面相切的方向上长距离地穿过稠密的大气层,同时分子散射光的强度与入射光的频率的四次方成正比,即四次幂的瑞利定律,直射光中的每一种单色成分都按指数律衰减,短波成分迅速消逝了.因而照射到大气下层时,长波光特别是红光占着绝对的多数.
斜射时太阳光要多穿过相当于一倍地球半径的大气,而且由于是斜射,一束太阳光（假设是柱形）照到地面上是一个椭圆形光斑,也就是说单位面积上的光强度减弱了.又因为短波光被散射,进入眼中的光强度更低了.同时由于红光折射率较大,因此当看到太阳在地平线附近时,太阳实际上已经落到地平线之下.