Разнообразные световые явления в атмосфере издавна привлекали внимание и наводили на размышления об их природе. Радуга, гало, ложные солнца, красный цвет небес и другие эффектные явления веками принимались за предвестники грядущих событий и в то же время порождали народные приметы о погоде. Голубизна неба связывалась многими великими мыслителями с рассеянием солнечного света какими то частицами. Однако вопрос о том, какого же рода частицы ответственны за свет и цвет неба оставался открытым до конца девятнадцатого века. Выяснить причину рассеяния солнечного излучения удалось Рэлею, который в 1871 году дал первое корректное объяснение этого явления. Он предположил, что частицы имеют сферическую форму, изотропны, плотнее окружающей среды, а размеры их много меньше длины волны световых волн. С помощью теории упругого эфира Релей установил, что величина рассеяния меняется прямо пропорционально квадрату объёма частицы и обратно пропорционально четвёртой степени длины волны. Математическая модель этого явления не изменилась до настоящего времени и широко известна как теория Релея. Однако природа частиц, ответственных за рассеяние света, оставалась неясной, а их происхождение было необъяснимым, так как рассеяние наблюдалось даже в совершенно чистом воздухе высоко в горах.
В 1899 году Релей снова возвратился к проблеме света неба. Вместо прежней теории упругого эфира он использовал электромагнитную теорию, которая к этому времени получила всеобщее признание благодаря работам Максвелла и Герца Заменив в своей прежней теории плотность частиц на параметр, который связан с показателем преломления атмосферного воздуха, Релей получил закон рассеяния света в той форме, в которой он существует в настоящее время. Из сравнения наблюдаемой яркости неба с результатами теоретических расчётов он сделал вывод: "света, рассеянного молекулами, достаточно, чтобы получить голубое небо не намного темнее наблюдаемого".