"Himmelsfärbungen" entstehen durch die wellenlängenabhängige Streuung des Sonnenlichts in der Atmosphäre. Licht wird unter anderem an Luftmolekülen gestreut, die eine deutlich kleinere Abmessung als die Wellenlänge (l) des Lichts haben (Rayleigh-Streuung). Die Streuungsintensität ist dabei proportional zu 1/l⁴, das heißt, kurzwelliges Licht vom blauen Ende des sichtbaren Spektrums wird stärker gestreut als langwelliges Licht vom roten Ende.

Zur Mittagszeit, wenn das Sonnenlicht einen relativ kurzen Weg durch die Erdatmosphäre zurücklegt, wird nur ein Teil des kurzwelligen Spektrums gestreut, und der Himmel erscheint blau. Morgens und abends, wenn die Sonne tief steht, durchläuft das Sonnenlicht einen viel längeren Weg durch die Atmosphäre. Der Blauanteil des Lichts wird dabei durch Streuung an entsprechend vielen Luftmolekülen "herausgefiltert", und bloß das rote Licht gelangt zum Beobachter.

Der Zusammenhang zwischen Abendrot und dem Wetter am folgenden Tag lässt sich so erklären: Das Abendrot ist nur dann zu sehen, wenn der Himmel im Westen wolkenfrei ist. Da in unseren Breiten das Wettergeschehen "vom Westen her" geprägt ist, heißt das, es liegen im Westen bei beobachtbarem Abendrot keine Wolken, die schlechtes Wetter bringen könnten. Die Bauernregel "Abendrot – gut' Wetter Bot" trifft also in unseren Breitengraden meistens zu.

Eine Ausnahme von der Regel gibt es, wenn die Wetterlage nicht "vom Westen her" bestimmt wird, was hier zu Lande eher selten der Fall ist. Unter diesen Bedingungen kann es trotz Abendrot auch schlechtes Wetter am nächsten Tag geben. In Ländern, in denen das Wetter nicht vom Westen her "aufzieht", gilt diese Bauernregel also nicht.