光の波長よりもはるかに小さいサイズの粒子による光の散乱現象のこと。英国のレイリー卿ストラット（J. Strutt）にちなんでこう呼ばれる。原子や分子による可視光の散乱はレイリー散乱である。散乱される光の波長に対する散乱する粒子の大きさの比の4乗に比例して散乱の効率は大きくなる。
したがって、光の波長が短くなればなるほどよく散乱されることになる。太陽光が大気で散乱されて、空が青くみえるのはレイリー散乱によるためである。散乱される光の波長が散乱する粒子のサイズと同程度の場合はミー散乱と呼ばれ、ミー理論によって記述される。