Le lever de soleil est la période du jour où le Soleil apparaît au-dessus de l'horizon vers l'Est. Il est précédé de l'aube, pendant laquelle le ciel commence à s'illuminer, quelques temps avant l'apparition du Soleil.Du fait de l'inclinaison de l'axe terrestre et de l'excentricité de son orbite, l'heure de lever du soleil varie tout au long de l'année, et dans des proportions différentes suivant la latitude du lieu, des conséquences de l'équation du temps du lieu d'observation, ainsi que de la durée totale du jour.On considère généralement que le lever de soleil se produit lorsque le bord supérieur de l'étoile apparaît au-dessus de l'horizon. En revanche, les éphémérides donnent le moment où le centre du Soleil le franchit, ce qui se produit en général une à deux minutes après. L'heure de lever de soleil est également modifiée par l'altitude.
Par réfraction du Soleil dans l'atmosphère, son lever s'effectue plus tôt que sur un corps céleste qui en serait dépourvu.Près de l'équateur, les variations de l'heure de lever du soleil reproduisent celles de l'équation du temps en oscillant de plusieurs minutes autour d'une valeur moyenne, mais deux fois par an : l'heure du lever décroît de mi-février à mi-mai, puis croît jusqu'à la fin juillet avant de décroître jusqu'au début novembre et croître jusqu'à la mi-février de l'année suivante. Le Soleil se lève au plus tôt vers le début novembre et le lever le plus tardif se produit vers le 10 février, mais il n'y a moins d'une demi-heure d'écart entre ces deux horaires.Vers 5° de latitude, le Soleil se lève le plus tôt deux fois dans l'année, vers la fin mai et la fin octobre. Au-delà, l'horaire du lever tend à n'osciller qu'une seule fois dans l'année pour globalement devenir plus tardive en été et en automne et inversement en hiver et au printemps. Vers 14° de latitude, il existe une période (septembre dans l'hémisphère nord, avril dans l'hémisphère sud) où le Soleil se lève à peu-près à la même heure tous les jours.
Aux latitudes moyennes, le Soleil se lève de plus en plus tôt en hiver et au printemps. Les variations de l'heure de lever ralentissent ensuite progressivement et le Soleil finit par se lever de plus en plus tard tout au long de l'été et du printemps. Cependant, les levers les plus tardifs et les plus tôt n'ont pas lieu aux solstices : dans l'hémisphère nord, le Soleil se lève au plus tard début janvier et au plus tôt vers la mi-juin. La différence entre les deux horaires atteint plusieurs heures.Aux latitudes élevées, au-delà du cercle polaire arctique et antarctique, il existe une période où le Soleil reste constamment au-dessus de l'horizon et une autre où il est situé en-dessous de l'horizon. Dans les deux cas, le lever de soleil ne se produit plus.Du fait de l'inclinaison de l'axe de la Terre, les levers de Soleil se produisent toujours dans le quadrant nord-est entre l'équinoxe de mars et celle de septembre, et dans le quadrant sud-est entre l'équinoxe de septembre et celle de mars.L'azimuth du Soleil au lever n'est réellement égal à l'Est qu'aux équinoxes ; pendant le reste de l'année, il évolue au sud et au nord de cette position.La couleur du ciel, pendant toute la durée du jour, est provoquée par diffusions Rayleigh et Mie de la lumière solaire dans l'atmosphère.La diffusion Rayleigh provoque les teintes bleues, violettes et vertes du ciel. Les couleurs caractéristiques du lever de soleil sont causées par diffusion Mie de sa lumière par les particules de poussière, suie, fumée et cendre en suspension dans l'atmosphère : lorsque le Soleil est près de l'horizon, sa lumière traverse une plus grande épaisseur d'atmosphère et est donc plus susceptible d'être diffusée.Du fait de la réfraction de sa lumière par l'atmosphère, le lever de soleil peut être précédé d'un rayon vert, voire bleu.

Le coucher de soleil est le moment auquel le Soleil disparaît derrière l'horizon, dans la direction de l'Ouest. Il s'agit d'un phénomène quotidien causé par la rotation de la Terre. L'expression coucher de soleil ne reflète bien sûr qu'une apparence, car le soleil ne se couche pas, c'est le mouvement de rotation de la Terre qui donne cette impression. Il en est de même pour le lever de soleil qui est le moment où le Soleil apparaît à l'horizon, à l'est.
Dire : « Le soleil se lève à l'Est et se couche à l'Ouest » est une approximation. Il ne le fait que deux fois par an, aux équinoxes. Entre le tropique et le cercle polaire, dans l'hémisphère Nord, ses points de lever et de coucher se déplacent vers le Nord après l'équinoxe de printemps et atteignent leur écart maximum par rapport à l'Est et à l'Ouest lors du solstice d'été. Ensuite, les points de lever et de coucher redérivent à nouveau pour retrouver l'axe Est-ouest à l'équinoxe d'automne. Ensuite, à l'inverse, jusqu'au solstice d'hiver, les points de lever et de coucher se déplacent vers le Sud. Ces phénomènes sont inversés dans l'hémisphère Sud.
Le rayon vert est un phénomène optique de réfraction dû à l'atmosphère lorsque le soleil se couche. On voit alors apparaître un point vert, juste au-dessus de l'horizon, pendant un court instant.
Le Soleil rouge: C'est aussi un effet dû à l'atmosphère. En s'approchant de l'horizon, on peut parfois voir le soleil rougir. Bien sûr le Soleil ne change pas de couleur, mais c'est l'atmosphère qui lui donne cette apparence : les rayons solaires traversent une épaisseur d'atmosphère plus importante, et la diffusion, également plus importante ne laisse alors que la couleur rouge. Parfois, cela peut même virer au violet.
Le soleil découpé, ou plus exactement, en franges, est un effet atmosphérique un peu particulier, et surtout, beaucoup plus rare. Il s'agit d'un soleil couchant, dont la moitié inférieure est découpée en franges.
La distance Terre-Soleil étant plus petite que la distance Mars-Soleil, le Soleil apparaît plus petit sur Mars.