기체 산란처럼 파장에 비해 훨씬 작은 반지름을 가진 구형의 입자에 의한 산란. J. W. S. 레일리가 처음 이 현상을 설명하여 레일리 산란이라고 한다. 산란광의 세기는 입사광의 파장이 짧을수록 강하고 파장의 4제곱에 반비례한다. 즉, 등방적으로 분포된 미립자에 의해 편광되지 않은 빛에 관한 레일리공식은 가 된다. 여기에서 N은 미립자의 수, α는 편극률, θ는 산란각, λ는 파장, r은 산란체에서 관측점까지의 거리이다. 레일리 산란은 입사광으로 인해 전기장이 미립자에 작용해서 미립자 내에 전기쌍극자 모멘트가 유기되어 일어난다고 생각된다. 그 특징은 산란파의 세기가 미립자의 수에 비례하고 미립자의 모양에 무관하다는 점이다. 레일리는 레일리 산란으로 빛의 산란에 관한 J. 틴들의 실험을 설명했다. 지구를 둘러싼 대기에 태양빛이 입사하면, 대기를 구성하는 분자에 의해 레일리 산란이 일어나는데, 청색광처럼 파장이 짧은 빛은 강한 산란을 일으켜 푸른 하늘을 연출한다. 또한 일몰 때의 저녁놀과 같은 현상도 레일리 산란으로 설명된다.