Опти́ческие явле́ния в атмосфе́ре Земли, обусловлены излучением, рефракцией, поглощением, рассеянием света и др. Оптические явления в атмосфере Земли – предмет изучения атмосферной оптики. Молекулярное рассеяние света придаёт небу голубой цвет; белый цвет облачного неба обусловлен рассеянием света на облачных частицах. Яркие цветные кольца (ореолы и венцы), возникающие вокруг солнечного и лунного дисков, – результат рассеяния света на больших (по сравнению с длиной волны света) частицах. При рассеянии света на каплях дождя образуются цветные радуги, в формирование которых вносят вклад преломление, отражение, дисперсия и интерференция световых волн. Вблизи противосолнечной точки иногда наблюдается похожая на радугу глория. Многообразные гало обусловлены рассеянием света на кристалликах льда различной формы. Вечерние и утренние сумерки могут сопровождаться зорями, яркие краски которых связаны с тем, что солнечные лучи проходят длинный путь в атмосфере. Рефракция света в атмосфере приводит к наблюдаемому смещению звёзд, изменению формы солнечного диска вблизи горизонта, многолучёвости распространения света в атмосфере, вызывающей верхние и нижние миражи. На закате над морем иногда наблюдается зелёный луч, также обусловленный рефракцией света.

Электрические разряды в грозовых облаках проявляются в виде вспышек молний. При разрядах между облаками и верхними слоями атмосферы наблюдаются необычные молниевые вспышки (т. н. красные спрайты, голубые джеты, эльфы и др.). Сильная электризация приземного слоя атмосферы вызывает коронные разряды на острых концах высоких объектов – огни святого Эльма. В высоких широтах нередки полярные сияния, обусловленные свечением верхних слоёв атмосферы при вторжении в неё заряженных частиц. В ночном небе иногда появляются метеоры – свечение в атмосфере, вызванное вторжением твёрдых космических частиц; при вхождении крупных метеорных тел наблюдается свечение возникающих в атмосфере ударных волн.