レイリー散乱は、光の波長よりも小さいサイズの粒子による光の散乱である。透明な液体や固体中でも起きるが、太陽光が大気で散乱されて空が青くみえるのはレイリー散乱による。散乱の量は粒子の大きさと光の波長による。これから波長の短い青は赤よりも多く散乱される。夕焼け・朝焼けは、太陽と観測者の間に大気の存在する距離が日中と比べて長くなり散乱を受けにくい赤色が届くことによる。その一方で、日中には波長が短い青が観測者の方に散乱されることにより空全体が青く見える。
レイリー散乱は、光学計測にも用いられる。特徴としては信号強度が分子数密度に比例し、分光法より高強度であることが挙げられる。トレーサとしては、散乱断面積の大きい物質が用いられる。
