天空的颜色变化多端。我们常看到晴朗的天空是蔚蓝色的。天气越晴朗，天空的蓝色越澄澈。当天气变坏时，天色是晦暗的、混沌的，好像天穹要压下来似的。雨过天晴，太阳一出来，整个天空碧空如洗。因此，根据天空的颜色可以预测未来的天气。过去人们一直认为大气本身就是蓝色的，后来经过观察与实验，确定大气是无色的。天空的蔚蓝色，是阳光在穿越大气层时受到尘埃、水汽和其他微粒的散射作用所造成的。当空气中微尘、水汽增多时，天色就显得混浊。散射光中的长波光线与短波光线相混合，天空蓝色中就会添加白色，成为带灰白色的淡蓝色。根据这一道理，人们可以从天空蔚蓝色的纯净程度来推知大气中微尘和水汽的多少，预测未来天气。当天空由蓝色逐渐变成灰白、灰黄时，预兆天气将变坏。湿度如果很小，表示大气中多粗粒沙尘，那就是风兆了；湿度如果很大，表示大气中水汽增多，天气可能转阴雨。民谚“人黄有病，天黄有雨”，是有科学道理的。
我国古代咏霞的诗词和用朝暮霞光来测天，说法颇多，其中“朝霞不出门，晚霞行千里”流传最广，最具代表性。这是由于我国大部地区位于西风带，一年中降雨的云大部分时间是随高空的西风由西向东移动的缘故。当早晨东方天空出现红霞而西方天空布满云层时，预示西方的云层将很快随西风向东移到本地上空，中午前后可能有风雨。晚霞出现，一般表示西方没有厚的云层，地平线下的太阳余晖能够照射到天空映成红霞，预示天气将晴好。
在观测云、能见度、天气现象时，还可以对大气混浊度进行系统的连续观测。把天空的蓝色按其深浅度分为0～5级，自制“天色蓝度表”。每天进行对比观测，记录其等级，再参照天气系统和其他气象要素的变化，来预报未来天气。