月亮會變色主要是由於月光在穿過地球大氣層時發生了散射和折射。當月光穿過大氣層，如果大氣中的顆粒物較多，它們會吸收或散射掉波長較短的青、藍、紫光，而較長的紅、橙、黃光則更容易到達地面，使得月亮呈現出黃色效果。在濃霧天氣下，由於水蒸氣和顆粒物的存在，綠光也會被幹擾過濾掉，月亮可能呈現出橙紅色。
在晴朗的天氣中，月球表面主要是白色和灰色的岩石，所以看到的月亮偏灰白色。但是，當月球的反射光穿過大氣層時，如果遇到較多的雲層，青、藍、紫光會被大氣中的氣體分子散射掉，剩下的光混合起來進入人眼，月亮就偏黃橙色。
紅色月亮通常在月全食時出現，這是因爲陽光被地球大氣“過濾”後，波長最長的紅光被留了下來，折射到月球上，然後月球又把紅光反射到地球上，形成了紅色的月亮。
此外，月亮在不同高度時也會呈現不同的顏色。當月亮剛從地平線上升起時，由於大氣層的散射和折射作用，月光會偏黃、偏紅；而當月亮高掛天空時，則可以看到一輪白色的月亮。