要说清楚这个问题，就要先从最简单的物质单元——分子或原子谈起。
量子力学告诉我们，光传播时采取波包的形式，光的频率越高（波长越短），每个波包——光子携带的能量就越多。1913年，丹麦物理学家玻尔提出了定态跃迁的原子模型。
第一条就是定态假设，即原子具有分立的能量，又称能级，正常状态的原子不辐射也不吸收能量，称为“定态”。当原子内电子受激发从低能级跃迁到高能级时，称原子处于受激状态，最低能态称为基态。
第二条是跃迁假设，即原子在能级间跃迁时，从一个定态跃迁到另一个定态，要吸收或放出一定的能量。
也就是说，或者说，我们可以这样简单理解，只有光的频率（说波长也可以）使得光子能量等于原子的两个能级之差时，原子才会对光作出反应，也可以理解为光和原子发生了“共振”。（当然，使得原子从基态跃迁到激发态也可以采取碰撞的方式，就像丁俊晖打球，白球打红球，红球类似于处于基态的原子，如果白球具有的能量超过了红球的第一激发态能量，白球就可以将这个能量传递给红球，使得红球从基态跃迁到第一激发态。当然白球的能量就下降。许多高校近代物理实验室开设的弗兰克—赫兹实验就是用的碰撞传递能量方法。）
而对于不同物质来说，其内部原子和分子的“共振”频率是不同的。大多数简单原子，如氢、氧、碳、氮的“共振”频率较高，位于紫外区域。而对于分子来说，由于原子核具有较大的质量，振动的频率就低，一般低于可见光的频率，而位于红外区域。所以，大多数的简单分子，如氧气、氮气、二氧化碳、水等分子在红外和紫外区域都有“共振”，而在可见光区域几乎没有所谓的“共振”，也就是说，它们对可见光是“透明的”。
那么，一束光照射到物体表面，我们看到的反射光是什么颜色是由什么决定的呢？物质表面附近有一薄层受光照射能产生“共振”的“振子”，反射光实际上是这些“振子”受光辐射“共振”再辐射而产生的，也就是说，此反射光非彼入射光了，此辐射非彼辐射了。（完全讲清楚真的比较复杂）
电动力学原理告诉我们，辐射强度正比于频率的四次方。空气分子受阳光照射时，它们便发出辐射，这个现象就叫做“瑞利散射”。为什么称为“散射”呢？就是因为有一部分入射光看起来被偏折到了另外的方向的缘故。当我们注视天空而不注视太阳（谁敢直视啊？视网膜没有痛觉神经，眼被照瞎了也没感觉，扯远了，呵呵……）的时候，我们看到的主要是蓝色光，就是因为空气分子再辐射的强度正比于频率的四次方，高频（蓝紫光）的再辐射远比低频光（红黄光）强得多。这就是为什么天空看起来是蓝的缘故。
同样，我们再来说说日出日落发红的问题。日出日落时我们看到的太阳光穿过的距离很长，高频光（蓝紫光）比低频光（红黄光）衰减得更厉害，因而穿过来的红光和黄光就比蓝光和紫光要强，我们看到远方的雪山呈现淡黄色的色调跟这个类似。而高频光的衰减较强是遵循能量守恒定律的，再辐射的能量来自哪里呢？当然就是入射的太阳光，因为在高频区再辐射较强，太阳光中的高频部分的能量就被取走较多。
日出日落时，阳光所走的路程较长，波长较短的光线被散射掉了，因而天空看起来发红。
瑞利散射使天空呈现蓝色，纯净的水面由于反射天空，也呈现蓝色。
太阳光中的低频红色光再辐射能力较高频的蓝紫光弱，衰减弱，因而穿过地球大气之后可以投射到很远的地方，而再辐射能力较强的蓝紫光衰减很快，没有能力穿过更远的距离，所以投射的距离就很近了。
红光衰减较弱，可以投射到很远的地方。
月球恰恰是处于红光投射的范围，因而看起来就偏红了，而由于眼睛瞳孔直径较小（成人大约是5-7mm吧，可能有差别），进来的光线很少，所以人的视觉感知是铁锈红色的，可是用照相机通光孔径大得多，曝光时间也长一些，月全食时月亮的真实（哪是真实？要看对谁）颜色就是红色的了。
2011年12月10日的月全食
另外补充一点的是，由于地球本影平均长度大约是1,377,000km，地月之间的平均距离大约是384,000km，月球不可能跑到地球本影锥的外面，所以只能出现月偏食或月全食，绝不可能出现月环食。
