Hoàng hôn có màu đỏ chủ yếu là do hiện tượng gọi là phân tán Rayleigh. Để hiểu tại sao hoàng hôn có màu đỏ, chúng ta cần hiểu sự phân tán ánh sáng trong khí quyển của Trái Đất. Trong khí quyển, các hạt nhỏ như các phân tử khí và các hạt bụi có khả năng phân tán ánh sáng. Ánh sáng mặt trời chứa nhiều màu khác nhau, từ màu xanh lá cây đến màu đỏ. Tuy nhiên, ánh sáng màu xanh có bước sóng ngắn hơn và dễ bị phân tán hơn so với ánh sáng màu đỏ, có bước sóng dài hơn. Khi mặt trời ở vị trí cao trên bầu trời, ánh sáng đi thẳng qua khí quyển và ít bị phân tán, do đó chúng ta thấy mặt trời có màu trắng. Tuy nhiên, khi mặt trời bắt đầu lặn, ánh sáng phải đi qua một lớp khí quyển dày hơn và đi qua một quãng đường dài hơn. Ánh sáng màu xanh và màu xanh lá cây bị phân tán nhiều hơn, trong khi ánh sáng màu đỏ ít bị phân tán. Kết quả là, khi chúng ta nhìn thấy mặt trời lặn hoặc mọc, chỉ có một phần nhỏ ánh sáng màu đỏ có thể đi qua khí quyển và đến được đến mắt chúng ta. Do đó, màu đỏ trở nên rõ ràng hơn và tạo nên cảm giác hoàng hôn có màu đỏ. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng màu sắc của hoàng hôn có thể thay đổi và không luôn chỉ là màu đỏ. Những yếu tố khác như độ ẩm, ô nhiễm không khí và các điều kiện thời tiết khác có thể ảnh hưởng đến màu sắc cuối cùng của hoàng hôn, khiến nó có thể xuất hiện dưới dạng các sắc thái khác nhau như màu cam, hồng, tím hoặc vàng.
