La lune apparaît orange lorsque la lumière du soleil qu'elle réfléchit traverse une partie plus épaisse de l'atmosphère terrestre. Généralement, la lune n'apparaît orange que lorsqu'elle est proche de l'horizon.
Les couleurs du ciel sont dues à la diffusion de la lumière blanche par l'atmosphère terrestre. Le bleu d'un ciel clair de jour est dû à la diffusion Rayleigh, une diffusion de la lumière dépendante de la longueur d'onde qui disperse plus fortement les ondes plus courtes et plus bleues que les longueurs d'onde rouges plus longues. Près de l'horizon, l'atmosphère est plus épaisse et les longueurs d'onde les plus courtes se dispersent dans toutes les directions, loin des yeux des spectateurs, laissant les longueurs d'onde oranges et rouges plus visibles.
La lune est lumineuse car elle réfléchit la lumière du soleil, donc les mêmes principes qui provoquent les couchers de soleil orange font également apparaître la lune orange près de l'horizon. Au fur et à mesure que la lune monte plus haut dans le ciel, l'orange passe au blanc éclatant. Les habitants des villes et des zones industrielles voient des couchers de soleil plus rouges et une lune orange plus profonde en raison des particules supplémentaires dans l'atmosphère dues à la pollution.
Pendant une éclipse lunaire complète, la lune apparaît rouge lorsque l'éclipse atteint son apogée, ou sa totalité. À la totalité, la lumière du soleil atteignant la lune traverse une bande d'air épais, un peu comme au coucher du soleil, provoquant une lune orange ou rouge sang. S'il n'y avait pas d'atmosphère, la lune semblerait disparaître complètement pendant la totalité.
