在接近地球的表面有一层大气层，太阳辐射穿过大气层时，大气中某些成分具有选择吸收一定太阳光的特性。大气中吸收太阳辐射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固体杂质等。太阳光被大气吸收后变成了热能，因而使太阳辐射减弱。
大气对太阳辐射的作用主要有以下几种：
一是大气对太阳辐射的散射，太阳辐射通过大气，遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。但散射并不像吸收那样把辐射转变为热能，而只是改变辐射的方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播。因而经过散射，一部分太阳辐射就到不了地面。如果太阳辐射遇到直径比波长小的空气分子，则辐射的波长愈短，散射得愈强。其散射能力与波长的对比关系是：对于一定大小的分子来说，散射能力与波长的四次方成反比，这种散射是有选择性的，称为分子散射，也叫蕾利散射。例如，波长为0.7微米时的散射能力为1，那么波长为0.3微米时的散射能力就为30.因此，在太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的光被散射得较多。雨后天晴，天空呈青蓝色，就是因为太阳辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射的缘故。分子散射还有一个特点是质点散射对于其光学特性来说是对称的球形，在光线平行射入的方向及在相反的方向上散射是比垂直于射入光线方向上的散射量大1倍。
如果太阳辐射遇到粗粒，粗粒散射就失去对称的形式，而于射入光方向伸长。在此种粗粒散射下，在射入光方向上的散射能量，是分别超过了在射入光线的相反方向上及其垂直方向上能量之2.37及2.85倍。散射质点愈大，这种偏对称的程度就愈大。如果太阳辐射遇到的直径比波长大一些的质点，辐射虽然也要被散射，但这种散射是没有选择性的，即辐射的各种波长都同样地被散射。这种散射称粗粒散射，也称米散射。例如当空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈灰白色。这时候我们就看不到太阳了，天空一片灰蒙蒙的。
大气中云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中一部分能量反射到宇宙空间去。其中云的反射作用最为显著，太阳辐射遇到云时被反射一部分或大部分。反射对各种波长没有选择性，所以反射光呈白色。云的反射能力随云状和云的厚度而不同，高云反射率约25%，中云为50%，低云为65%，稀薄的云层也可反射10%～20%。随着云层增厚，反射增强，厚云层反射可达90%，一般情况下云的平均反射率为50%～55%。
当云层密布在天空中的时候，太阳光受到云层中散射、反射、折射的影响。但是太阳光中的有些短波光线还是照射到地面上来，所以在没有看到太阳的时候，太阳光还是一样透过云层照在地球上，我们也一样看得见东西的。