地球的大氣動盪不定，各層大氣的溫度、密度又各不相同，星光經過大氣多次折射，時聚時散。眼睛通過動盪的大氣看星星的時候，總覺得星星在閃爍，就像眨眼睛一樣。
要解決這個問題首先要了解光的折射——光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向發生改變。地球的大氣層由於分佈不均勻，猶如層層透鏡，射入其中的光線便會發生多次折射層層彎折。
遙遠的星光要到達我們的視野同樣需要穿過大氣層的多次折射和彎折。而且由於大氣層（尤其是其中的對流層）非常不穩定、一直在無規則的湍動，經過彎折的星光會隨之改變方向：星光有時偏離我們，星星便好像消失了一樣；有時則剛好射進我們的眼睛，星星便也重新出現，因此星星變得忽明忽暗、“一閃一閃”的。這個原理如同豔陽下看到游泳池底晃動的明亮條紋。水面猶如大大小小的透鏡，某些地方陽光比較集中，看起來比較明亮，有些地方則比較暗。大氣也像游泳池的水一樣，一直在晃動，造成影像上下左右晃動甚至是顏色、明暗變化。
由此可見星星閃爍的現象是由於大氣層的擾動，星星閃爍越頻繁，就意味着高空氣流越不穩定，天氣也會發生變化，一般遇到這種情況，來日非風即雨，故而有 “星星眨眼，來日變天”之說。
