Ljudsko oko reagira samo na vrlo ograničeni raspon valnih duljina, na vidljivu svjetlost. Međutim, ono odlično raspoznaje i vrlo male razlike unutar tog raspona. Te male razlike nazivamo boje. Boje su dakle male frekvencijske razlike u području vidljive svjetlosti. Najkraću valnu duljinu imaju ljubičasta i plava svjetlost, a najdulju crvena svjetlost.

Spektar vidljivog zračenja čine:

ljubičasta boja (najveća frekvencija, najkraća valna duljina)
plava boja
zelena boja
žuta i narančasta boja
crvena boja (najniža frekvencija, najdulja valna duljina)

Bijela svjetlost sastavljena je od kontinuiranog niza svih boja vidljivog spektra. U praksi pod bojom nekog tijela možemo smatrati boju koje tijelo reflektira kada je osvjetljeno bijelom svjetlošću, tj. tijelo će biti obojeno nekom bojom ako mu površina apsorbira bijelu svjetlost samo na određenom valnom području. Boja dakle ovisi o frekvenciji reflektiranog zračenja. Bijela površina je ona koja u jednakoj mjeri reflektira sva valna područja bijele svjetlosti. Crna površina je ona koja u potpunosti apsorbira bijelu svjetlost. Siva površina u jednakoj mjeri reflektira sva valna područja bijele svjetlosti, ali ih i djelomično apsorbira. Bijela, crna i siva su akromatske boje, a sve ostale boje su kromatske.
 

Osnovne karakteristike kromatskih boja:
ton (pojam vezan za ime boje npr. crvena, zelena)
svjetlina (ovisi o intenzitetu zračenja)
zasićenost (ovisi o čistoći boje)

Kraće se valne duljine učinkovitije raspršuju po zraku nego dulje valne duljine. Nebo je plavo zato jer se kratke valne duljine (plava svjetlost) najradije raspršuju.

Mi gledamo vidljivu svjetlost iz dva razloga. Prvi je taj što je zrak proziran na vidljivu svjetlost, za razliku od drugih tvari pa tako svjetlost prolazi kroz atmosferu do nas. Drugi razlog je taj što Sunce isijava najviše energije upravo u vidljivom dijelu spektra. Vrlo vruća zvijezda emitira većinu svjetlosti u ultraljubičastom području. Vrlo hladna zvijezda većinu emitira u infracrvenom. Sunce, po mnogome prosječna zvijezda emitira većinu energije u vidljivom dijelu spektra.

Koja je tvar koje boje? Vegetacija upija crvenu i plavu svjetlost, a zrcali zelenu, pa nam stoga biljke izgledaju zeleno. Tvar koja upija plavo, a reflektira crveno izgleda nam crvena; koja upija crvenu svjetlost, a reflektira plavu je plava; koja podjednako reflektira svjetlost u svim bojama je bijela ili crna ili siva. Npr. ruža je crvena zato što se sve boje osim crvene upijaju unutar ruže, a samo se crvena boja reflektira. Crno i bijelo su u osnovi isto, a razlika je samo u količini reflektirane svjetlosti, a ne u njihovoj boji.

Sve boje koje vidimo na Zemlji i drugdje su samo pitanje koje se valne duljine sunčeve svjetlosti najbolje reflektiraju.

Izvori svjetla su tijela koja stvaraju svjetlo. Razlikujemo prirodne (npr. zvijezde) i umjetne (npr. žarulje) izvore svjetla. Svjetlo se od izvora na sve strane rasprostire pravocrtno. Pravci po kojima se rasprostire svjetlo nazivaju se zrake svjetla. Dio prostora iza nekog tijela nasuprot izvoru svjetla u koji ne dolazi neposredno svjetlo izvora, naziva se sjena. Odbijanje svjetla naziva se refleksija, a lom svjetla refrakcija. Razlaganje bijelog svjetla u boje, naziva se disperzija.

Dopplerov efekt je promjena promatrane valne duljine vala zbog međusobnog približavanja ili udaljavanja izvora vala i promatrača. Valne duljine linija povećavaju se (pomiču prema crvenom području spektra) kada se izvor udaljava, a smanjuju se (pomiču prema plavom području spektra) kada se izvor približava promatraču.