Свет сумерек образуется солнечной радиацией, рассеянной верхними слоями атмосферы при Солнце, стоящем ниже линии горизонта. Источником сумеречного света является заря, проявляющая свойства закона Рэлея: при прохождении солнечных лучей через малую толщину воздуха (например около зенита) рассеянные синие лучи достигают глаз наблюдателя; в большой толщине атмосферы (27 и более оптических масс, 111) сине-фиолетовые лучи Солнца многократно рассеиваются в стороны, не доходя до наблюдателя, остаются только лучи желто-красной части спектра. Так возникают желтые, оранжевые и красные цвета зари. Если зрение воспринимает одновременно рассеянную радиацию синего и красного цвета, то ощущается пурпурный цвет зари. При чистой атмосфере сегмент зари окрашен в яркие желтые и оранжевые тона, интенсивность и насыщенность которых изменяются с углом погружения Солнца за горизонт.
Окраска зари бывает насыщенной или блеклой, влияющей на общую освещенность сумерек. Ее величина зависит от содержания в атмосфере водяных паров, аэрозоля и снежного покрова в зимнее время. Продолжительность сумерек (длительность зари) зависит от времени года, географической широты и характеризуется скоростью погружения (или восхождения) Солнца — большая на экваторе и малая в приполярных областях.
В средних широтах освещенность в сумерках изменяется по величине примерно два раза за 5 мин. На относительно высоких широтах летом вечерние сумерки переходят в утренние (белые ночи) со средней освещенностью примерно 1 лк. Полярные сумерки зимой возникают на несколько часов около полудня; в конце зимы и начале осени сумерки с небольшими изменениями проходят в течение нескольких суток. При высоко плавающих облаках освещенность в сумерках увеличивается.
Сумерки разделены на три периода: гражданские, погружение Солнца 0—6° за горизонт— под открытым небом возможно чтение и письмо; навигационные, погружение Солнца за горизонт 6—12° — крупные предметы и природные образования четко различаются по кон-туру; астрономические, погружение Солнца на 12—18° за горизонт — сохраняется едва заметная заря, препятствующая астрономическим работам.