Debido a que las nubes difunden la luz con prácticamente la misma intensidad en todas las longitudes de onda, el color de las nubes depende fundamentalmente del color de la luz incidente. La calima entre el observador y la nube puede modificar los colores de las nubes; por ejemplo, la calima suele hacer que las nubes distantes parezcan amarillas, naranjas o rojas. Los fenómenos luminosos especiales (fotometeoros) también influyen en los colores de las nubes.
Cuando el Sol está a suficiente altura sobre el horizonte, las nubes o los fragmentos de nubes que difunden la luz que procede principalmente del Sol son blancas o grises. Las partes que reciben luz sobre todo del cielo azul presentan un color gris azulado. Cuando la iluminación procedente del Sol y del cielo es extremadamente débil, las nubes tienden a adoptar el color de la superficie que se encuentra por debajo de ellas.
Cuando el Sol se aproxima al horizonte, su color puede cambiar del amarillo al naranja y del naranja al rojo; el cielo que está próximo al Sol y las nubes muestran una coloración similar. Con todo, el azul del cielo y el color de la superficie que está debajo también pueden influir en los colores de las nubes. Estos también varían según la altura de la nube y su posición relativa con respecto al observador y al Sol.
Cuando el Sol está próximo al horizonte, las nubes altas pueden aun así ser casi blancas, mientras que las nubes bajas muestran una coloración naranja o roja intensa. Estas diferencias en el color permiten hacerse una idea de las altitudes relativas de las nubes (teniendo en cuenta que las nubes situadas al mismo nivel parecen menos rojas cuando se observan en dirección al Sol que si se observan en dirección opuesta).
Cuando el Sol está en el horizonte o justo sobre él puede enrojecer la superficie inferior de las nubes; cuando esta superficie está corrugada, su coloración se distribuye en bandas que alternan un color más claro (amarillo o rojizo) y otro más oscuro (otras coloraciones), lo que acentúa el relieve.
Cuando el Sol se encuentra justo por debajo del horizonte, las nubes más bajas, a la sombra de la Tierra, son grises; las nubes que se sitúan en los niveles medios son rosas y las que están a gran altura pueden ser blanquecinas.
Durante la noche la luminancia de las nubes suele ser demasiado débil y las nubes no presentan coloración; todas las nubes perceptibles se muestran en una escala del negro al gris, salvo las iluminadas por la Luna, cuyo aspecto es blanquecino. A veces determinadas nubes presentan una coloración más o menos marcada a causa de iluminación especial (incendios, las luces de las grandes ciudades, auroras polares, etc.).