Em computação gráfica, inúmeros métodos vêm sendo criados para aumentar o realismo das imagens sintetizadas. Tais métodos são inspirados principalmente em fenômenos físicos. Um fenômeno bastante estudado é a interação ocorrida entre a luz e os objetos, porém, tal interação é geralmente simplificada devido a limitações computacionais. Uma simplificação comumente realizada é a de desconsiderar a interação ocorrida entre a luz e a atmosfera, tanto durante o deslocamento da luz do ponto luminoso ao objeto quanto do objeto ao ponto de vista. Tal simplificação pode ser entendida como se a luz estivesse viajando no vácuo, onde o meio não é participativo, fazendo com que as imagens sintetizadas careçam dos efeitos atmosféricos comumente observados no mundo real.
Inúmeros efeitos atmosféricos podem ser exemplificados, como a variação da cor do céu de azul para laranja durante o crepúsculo, ou quando os faróis de um automóvel são ligados em um dia com neblina. Além destes, pode-se citar os efeitos geralmente empregados em espetáculos, onde gelo seco é espalhado sobre o palco e holofotes coloridos são direcionados sobre as partículas suspensas no ar. Este último efeito torna possível a visualização do volume de luz (um cone) que é gerado pelo holofote, além de também explicitar os volumes de sombra gerados devido à oclusão da luz pelos objetos posicionados no palco (caso exista algum objeto). A geração dos volumes de sombra tem um papel importante no grau de realismo da imagem sintetizada, logo, deve ser inevitavelmente considerada para se obter bons resultados.
Efeitos atmosféricos ocorrem devido à interação entre a luz e as partículas supensas no ar. Em atmosferas secas, a forma primária de espalhamento é o Espalhamento de Rayleigh, e é este tipo de espalhamento que dá o tom azulado do céu em um dia ensolarado. Em atmosféras pesadas com partículas "grandes", como água e fumaça, o tipo de espalhamento predominante é o Espalhamento de Mie, e é este tipo de espalhamento que gera os volumes de luz em espetáculos onde holofotes são derecionados sobre gelo seco, ou até mesmo os raios de luz oriundos das nuves em dias nublados e úmidos (estes raios de luz são comumente chamados de "luzes de Deus"). Para que efeitos atmosféricos possam ser observados em um meio com partículas pequenas (Espalhamento de Rayleigh), faz-se necessário que a luz percorra uma grande distância, pois a influência das partículas é muito pequena sobre ela. No caso de partículas "grandes" (Espalhamento de Mie), o efeito pode ser facilmente observado mesmo em pequenos intervalos de espaço, visto que partículas maiores influenciam consideravelmente a trajetória da luz. Existem quatro tipos de interação que a luz pode sofrer: absorção, emissão, espalhamento e ajuntamento. A figura abaixo ilustra quais tipos de interação podem ocorrer entre a luz e as partículas de tamanho "grande".
