L'effet qui fait que toutes les couleurs ne sont pas dispersées de la même manière est appelé la diffraction de la lumière. La diffraction est la déviation de la lumière en passant à travers un objet qui a des bords fins ou une ouverture. Dans le cas de la réfraction atmosphérique, c'est la diffusion de Rayleigh qui entre en jeu : l'air qui agit comme un objet diffracteur, causant la déviation de la lumière en passant à travers lui. Les couleurs de la lumière ont des longueurs d'onde différentes, et plus la longueur d'onde est courte, plus elle est diffractée. Les couleurs avec les plus grandes longueurs d'onde, comme le rouge, sont moins diffractées que les couleurs à plus courtes ondes, comme le bleu et le vert, ce qui les fait paraître plus stables et plus brillantes. C'est ce qui crée l'effet de ciel orange et rouge lors des couchers de soleil.
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