恒星的发光本质是其内部核聚变反应释放能量的过程，而恒星的表面温度决定其辐射光的波长分布。根据黑体辐射定律，温度越高的物体，辐射的光波长越短。宇宙中不同类型的恒星具有不同的表面温度：温度较低的恒星如红矮星表面温度约2000-3500开尔文，主要辐射红光；温度中等的恒星如太阳，表面温度0开尔文辐射黄白光；而高温恒星表面温度超过10000开尔文则以短波蓝光、紫光为主。例如，猎户座的参宿七是一颗B型超巨星，表面温度约18000开尔文，因此发出耀眼的蓝色光芒。
除了恒星自身的温度，地球大气层对星光的散射作用也会影响我们看到的星星颜色。地球大气中的气体分子如氮、氧和微小颗粒会对不同波长的光产生散射，这种现象被称为瑞利散射。瑞利散射的强度与光波长的四次方成反比，即波长越短的光散射越强烈。星光中的蓝光波长约450-495纳米比红光波长约620-750纳米波长短，因此在穿越大气层时，蓝光更容易被散射到各个方向。当我们观测星星时，散射的蓝光会叠加在星光原本的颜色上，使星星看起来更蓝，尤其是在星星接近地平线时，星光穿越的大气层更厚，散射效应更明显，蓝色调也更突出。
此外，人眼对颜色的感知特性也在其中起到作用。人眼的视锥细胞对蓝光的敏感度较高，即使星光中蓝光成分占比不大，也容易被我们察觉。综合恒星的温度辐射与大气散射的双重作用，天空中的蓝色星星便以独特的姿态呈现在我们眼前。