Hamburan Rayleigh adalah fenomena fisik di mana cahaya dihamburkan ke arah yang berbeda oleh partikel yang sangat kecil. Partikel-partikel ini jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya yang terlibat dan bahkan mungkin sekecil atom tunggal. Hamburan Rayleigh paling sering terlihat pada gas meskipun dapat terjadi pada cairan dan padatan. Jumlah hamburan yang ada tergantung pada sifat polarisasi dari jenis partikel tertentu dan dapat bervariasi tergantung pada elemen yang terlibat.
Jumlah hamburan tergantung pada sejumlah faktor. Agar hamburan dikenal sebagai hamburan Rayleigh, partikel harus jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya &mdahs; jika partikel mendekati ukuran panjang gelombang maka pendekatan yang digunakan untuk hamburan Rayleigh tidak lagi benar. Semakin besar partikel, bagaimanapun, semakin besar intensitas hamburan, sedangkan semakin besar panjang gelombang semakin sedikit intensitas hamburan.
Cahaya dapat dihamburkan baik dari atom maupun molekul. Ketika sebuah atom atau partikel tunggal terlibat, maka pendekatan ukuran kecil dapat digunakan. Ini menggunakan beberapa asumsi, terutama bahwa partikelnya sangat kecil dan jari-jari partikel serta indeks bias dapat diukur. Sebuah molekul sering kali tidak memiliki radius yang jelas sehingga rumus yang sedikit berbeda harus digunakan untuk menentukan intensitas hamburan. Dalam hal ini polarisasi — jumlah muatan pada molekul yang akan dipengaruhi oleh medan listrik — digunakan untuk menentukan intensitas hamburan.
Hamburan Rayleigh adalah mekanisme yang menyebabkan langit menjadi biru. Ketika sinar matahari bergerak melalui atmosfer, ia dihamburkan oleh partikel-partikel yang ada. Beberapa panjang gelombang cahaya, bagaimanapun, tersebar lebih dari yang lain. Dalam hal ini, cahaya biru dihamburkan lebih efisien dan sebagian besar waktu langit tampak biru. Satu-satunya pengecualian adalah saat matahari terbenam atau matahari terbit di mana sinar matahari langsung menembus atmosfer. Dalam hal ini, langit tampak lebih merah karena cahaya merah tidak tersebar sebanyak biru dan dapat melewati atmosfer tanpa terpengaruh.
Ada juga beberapa aplikasi praktis hamburan Rayleigh yang digunakan dalam teknologi modern. Misalnya, fakta bahwa cahaya tersebar digunakan di beberapa serat optik. Agar serat optik berfungsi dengan benar, perlu ada hamburan sinyal optik dan ini dicapai dengan menggunakan partikel kecil.