Dispersió atmosfèrica provocada per partícules de l'atmosfera la grandària de les quals és molt més petita que la longitud d'ona de la radiació, com ara àtoms individuals o certes molècules presents a l'aire.

En concret, la intensitat de la llum dispersada és proporcional a 1/λ⁴, on λ és la longitud d'ona de la llum incident. La dispersió de Rayleigh s'esdevé en la majoria de les condicions atmosfèriques, i és la causant que, en un dia clar, el cel es vegi blau, ja que la radiació blava (de longitud d'ona més curta) es dispersa més que la radiació verda i la vermella (aplicant la llei de Rayleigh es pot comprovar que la llum blava es dispersa gairebé 8 cops més que la vermella).

Els efectes de la dispersió de Rayleigh en teledetecció són múltiples; per exemple, provoca que en les imatges multibanda en la regió del VIS i l'IR no tèrmic les bandes del VIS, i en especial les que capten les longituds d'ona del blau, siguin molt menys nítides, o que, en imatges captades nadiralment en la regió espectral del blau amb sensors amb un FOV gran, els extrems laterals presentin radiàncies diferents de les de la part central.