Desarrolló la teoría de la dispersión de Rayleigh , que explica cómo la luz interactúa con partículas en la atmósfera. Mostró que las longitudes de onda más cortas de luz (como el azul y la violeta) se dispersan de manera más efectiva que las longitudes de onda más largas (como el rojo y el naranja). Este efecto de dispersión es la razón por la que vemos un cielo azul durante el día.