Az alsó légkörünk számos látványos és izgalmas optikai jelenség helyszíne. Mindenki ismeri a szivárványt és a délibábot, a halojelenségeket és a koronát. Ezek a jelenségek mind meg is magyarázhatók. A napfény a Föld felszínéig tartó útja során különböző sűrűségű és összetételű közegeken halad át, és ennek következtében szóródik, megtörik, visszaverődik és elhajlik. A fény látható spektrumának a legrövidebb hullámhossza a kék szín, míg a leghosszabb hullámhosszához a vörös szín tartozik. A légköroptikai jelenségek többsége pedig a legalsó légrétegben, a troposzférában alakul ki. A légkörünket alkotó gázok molekulái, valamint a lebegő porszemcsék, részecskék a rájuk eső fényt minden irányban szétszórják, melynek mértéke a fény hullámhosszának értékétől függ.
Napközben például, ha tiszta az ég, azért látjuk kék színűnek, mert a Nap irányából érkező napsugárzásból leginkább a kék szóródik. Szintén a szóródásnak a következménye a naplemente vöröses színe is, de ebben az esetben, mivel a Nap ilyenkor már alacsonyan áll a horizont fölött, a napsugaraknak a légkörben hosszabb utat kell megtenniük, mint délelőtt vagy délben. Ha a földfelszíntől távolodnánk, akkor az ég színét egyre kékebbnek látnánk, és ha elérnénk a sztratoszférát, akkor már az égboltot csaknem teljesen feketének. Ennek az oka az, hogy a levegő sűrűsége egy bizonyos magasságig nő, viszont ha elérjük a sztratoszférát, ott már olyan ritka a levegő, hogy a molekulák szórása elenyésző.
A fénytöréssel számos csodás meteorológiai optikai jelenséget is megmagyarázhatunk. Az egyik legcsodásabb légköri optikai jelenség a szivárvány, amelyet akkor látunk, ha az elvonult zivatarral szemben a Napnak háttal állunk. A szivárvány kialakulásakor a még levegőben lévő vízcseppeken a fény törést szenved és színeire bomlik, majd visszaverődik a szemünkbe.
A másik gyakran előforduló jelenség az úgynevezett halojelenség, ennél a felhők jégkristályai játszanak fénytörő szerepet. Leggyakrabban a Napot vagy a Holdat körülvevő fehér vagy gyengén színes fénygyűrűk alakjában jelentkezik. A fénygyűrűk kísérőjeként melléknapok és mellékholdak is létrejöhetnek. A melléknapok a Nap egyik vagy mindkét oldalán megjelenő, esetenként szivárványszínben pompázó, fényes álnapok. A melléknapokat a horizontálisan álló lapkristályok oldallapjain megtörő fény hozza létre, mivel oldalról kapják a napfényt.
Az éjszakai megfelelője, a mellékhold viszont jóval ritkábban, teliholdkor látható jelenség. Elég gyakoriak a koronajelenségek is, mikor a Napot vagy a Holdat igen vékony, vízcseppekből vagy jégkristályokból álló felhő takarja, ekkor az égitestet fénygyűrű veszi körül. A korona sugarának létrejöttében nem a fénytörés játszik fő szerepet, hanem az interferencia. Ezen fizikai folyamat során a felhőelemek kis résein átjutó fények, hullámtermészetük lévén, vagy maximálisan felerősítik, vagy maximálisan legyengítik egymást, amikor találkoznak. A sokszor látható fényoszlopok, amik a Nap tetején mintha a földig ereszkednének, a felhőkben található lapos jégkristályok felületéről visszaverődő napfény hatására jönnek létre.
