太阳、月亮和各种星体的光辉，在照耀到人们眼中之前，都会先经过大气层，受到大气中各种成分的反射、折射、散射、绕射和吸收的影响。这些作用的表现随着大气形态和物理性状的变化而变化，因此天空中呈现的光学景象，直接反映了大气形态和物理性状的变化，这就是天气的变化。关于通过观察天空的景象来预测未来天气的谚语，确实存在许多。
日出时间早，可能会带来阴雨天气；日出时间晚，往往预示着晴朗天气。当反气旋控制时，天气晴朗，无风无云，地面散热通畅，而高空相对温暖，气流稳定，雾滴尘埃都沉积在地面，不能向上发散。太阳升起时，我们看不到它，要等太阳升高，地面受热，低空的雾滴尘埃消散后，才能看到太阳。反之，在气旋等恶劣天气来临之前，风力增强，水汽尘埃不会在低空，太阳刚出地平我们就可以看到。如果太阳提前显露，往往不是晴天的预兆。
天空景象多变，民间有许多通过观察日出日落、月亮和虹的颜色来预测天气的谚语。比如，“日头出得早，天气难得稳定；日头西山落，预备洗衣衫”，“月亮带火，无雨找我”，“日落西北一点红，半夜起来搭雨蓬”等等。这些谚语都是根据长期观察得出的经验总结。
白色的日光（月光也是如此），通过三角形的玻璃块，就会变成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色光线。这是因为太阳光波中，红色光波最长，紫色光波最短。太阳或月亮的光波在大气里，遇到和波长一样的颗粒子，白色的光线就会分散成不同色彩的光线，向不同的方向辐射，这种现象叫做光线的散射。
当太阳在天空中的位置较高时，白色的太阳光所穿过的空气圈里的路程较短，所碰到的微粒较少，因此半路上被散射的短波光较少。换句话说，太阳光原有的各种成分几乎都能按原来的比例送到我们的眼睛里来，所以这时正对着太阳看，太阳是白色。如果看天空的其他部分，就会呈现出青色。这是因为我们看到的不是太阳光的原始成分，而是最容易散射的紫光和青色光。而当太阳落山时，太阳光在大气圈要穿过的路程就会变长，那末，太阳光在半路上所碰到的微粒子也会增多。这时剩下的主要就是波长最长、最不易散射的红光波了。所以在太阳接近地平线时，看起来总是红色的。
天空中的虹的现象也是由于光的折射造成的。虹的出现方位和太阳的相对位置有关。暮虹就是东虹，朝虹就是西虹。虹见于东，意味着暴雨正在东方来临；虹见于西则是本地降水的前兆。
天空现象的大小常用角度来计量。虹的半径的视角大约是42度。只有在太阳近地平的时候，半圆的虹才能全见。正午前后不见虹就是因为太阳过高的缘故。至于南虹北虹的现象则更加复杂需要根据具体的地理位置和时间来判断其含义。在大部分地区除非到纬度较高的地方否则不会出现南虹的现象。如果南虹出现可能意味着天气多变对人类生活和农作物产生不利影响因此被视为不吉之兆。不过这也是一种自然现象是天气变化的反映而已无需过于解读其含义的吉凶问题更需重视科学的知识理性的理解和对待此类自然现象。“天空是人类知识之外的天国无人涉足因而给人感觉无限神奇或许有着其它新的未知的宇宙奥秘有待我们去探寻和研究呢！”这便是我们常说的大气科学的魅力所在它充满着未知和探索让我们无限期待未来能够发现更多的自然现象和规律！
