Cielo sereno e cielo azzurro sono, nell'immaginario collettivo, quasi sinonimi e, da un certo punto di vista, entrambi debbono essere considerati come una sorta di idealizzazione o dei casi limite. Infatti molti fattori possono contribuire a non rendere il cielo sereno (azzurro), sia legati a cause naturali che alle attività antropiche.
Un primo motivo per il quale il cielo può non essere azzurro è legato alla presenza di stratificazioni nuvolose in quota, indicativamente verso gli 8-12 km alle latitudini dell'Europa mediterranea. In genere queste stratificazioni si formano quando una massa d'aria calda scorre sopra una massa d'aria più fredda sollevandosi sino al punto di dar luogo alla condensazione. Queste stratificazioni sono solitamente molto stabili e, viste le basse temperature in cui si formano, sono costituite da cristalli di ghiaccio e hanno un aspetto traslucido (sono quasi trasparenti) o lattiginoso. In genere questo tipo di nubi, dette stratocirri, si forma in seguito all'avvicinarsi di un fronte caldo, cioè in un settore dell'atmosfera generalmente stabile, pertanto sgombero da nubi nei bassi strati. Proprio per questo motivo queste velature del cielo sono facilmente osservabili dal suolo. In queste situazioni capita che anche i contrails, cioè le strisce di condensazione formate dagli aerei a reazione, anziché dissiparsi tendano a espandersi contribuendo all'aspetto lattiginoso del cielo. E' evidente che sulle grandi città, sede di aeroporti internazionali o comunque prossime ai principali corridoi aerei, l'effetto dei contrails sia ancora maggiore e più frequente. Queste stratificazioni nuvolose sono generalmente molto sottili, rarefatte e sono più chiaramente riconoscibili all'infrarosso che nella banda del visibile. Proprio perché molto opache nell'infrarosso (cioè non lasciano passare la radiazione infrarossa) sono intensamente studiate, soprattutto quelle indotte dalle attività umane, in quanto possono avere degli effetti non trascurabili sui cambiamenti climatici favorendo il riscaldamento della parte bassa dell'atmosfera.
Un ulteriore motivo per cui il cielo non è perfettamente sereno è spesso legato alla formazione di foschie e caligini. La foschia e la caligine sono fenomeni legati alle emissioni, molto spesso di origine umana, di particelle molto piccole (dell'ordine dei decimi di millesimo di millimetro o poco superiori) quasi sempre legate alla combustione. Queste particelle tendono a diffondere la luce del sole riducendo di fatto la visibilità (il risultato è che non riusciamo a vedere gli oggetti lontani, come ad esempio le montagne o una torre) e “imbiancando” o ingrigendo il cielo. Queste particelle sono solitamente costituite da ossidi di Zolfo o comunque da sostanze che facilmente “attraggono l'acqua” (in termine tecnico si dicono “igroscopiche”), pertanto anche in situazioni di bassa umidità relativa riescono a ricoprirsi di acqua diventando delle piccolissime goccioline, aumentando così il loro potere di diffusione della luce. In genere queste particelle si accumulano nei bassi strati atmosferici, solitamente in condizioni di tempo stabile. La foschia può venire rimossa quando l'aria nei bassi strati si rimescola a causa del forte vento o a seguito di una forte pioggia. Queste le condizioni migliori per poter poter godere della vista di un cielo veramente azzurro.