Молекулярное рассеяние в атмосферных газах обусловлено флуктуациями плотности воздуха, вызванными хаотическим тепловым движением молекул. Современная теория молекулярного рассеяния Кабанна – Релея даёт следующее выражение для величины показателя объёмного молекулярного рассеяния:

где m – комплексный показатель преломления, N – число молекул в единице объёма, λ - длина волны, Δ - фактор деполяризации (для молекул воздуха Δ ~ 0,035), который определяется анизотропией молекул, препятствующей ориентации дипольного момента точно вдоль оси электрического вектора падающей волны

Как следует из (5), при молекулярном рассеянии интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Для оценки энергетического ослабления лазерного излучения его учет имеет значение лишь в прозрачной атмосфере в ультрафиолетовой части спектра. Значения показателя молекулярного рассеяния для длин волн 0,53; 1,06 мкм приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Показатель молекулярного рассеяния

Индикатриса молекулярного рассеяния

χ(γ) = ¾(1+cos²γ)

является симметричной функцией относительно оси вдоль направления распространения излучения и плоскости, перпендикулярной к направлению падающего светового пучка и проходящей через центр рассеивающего объёма.

Показатели общего объёмного σ_m и обратного (в направлении 180°) молекулярного рассеяния σ_m,π связаны соотношением

σ_m,π(λ) = 0,199σ_m(λ)

Молекулярное рассеяние представляет нижний предел рассеяния энергии электромагнитных волн при распространении их в атмосфере. На малых высотах количество аэрозольных частиц достаточно велико и здесь преобладает рассеяние Ми. Однако концентрация частиц аэрозоля достаточно быстро убывает с высотой и, следовательно, аэрозольное рассеяние убывает быстрее, чем молекулярное. Таким образом, молекулярное рассеяние наблюдается в атмосфере вплоть до больших высот и может быть использовано для получения информации о более сложных атмосферных явлениях на этих высотах.