Ha sviluppato la teoria dello scattering Rayleigh , che spiega come la luce interagisce con le particelle nell'atmosfera. Ha dimostrato che le lunghezze d'onda più brevi di luce (come blu e viola) si disperdono in modo più efficace rispetto alle lunghezze d'onda più lunghe (come il rosso e l'arancione). Questo effetto di dispersione è il motivo per cui vediamo un cielo blu durante il giorno.