Lorsque la lumière des étoiles voyage dans l’atmosphère terrestre, elle rencontre des poches d’air de densités variables (différences de température) et des courants d’air turbulents. Ces variations de densité agissent comme de minuscules lentilles, provoquant une courbure et un léger changement de direction de la lumière des étoiles lorsqu'elle les traverse.
Cette courbure de la lumière entraîne un changement apparent de la position de l'étoile, lui donnant l'impression de bouger ou de scintiller rapidement d'avant en arrière. De plus, les changements de température et de pression de l’air près de la surface de la Terre créent des distorsions supplémentaires dans la lumière des étoiles, renforçant ainsi l’effet scintillant.
La scintillation atmosphérique est plus visible pour les étoiles situées près de l'horizon. En effet, la lumière de ces étoiles traverse une plus grande partie de l'atmosphère terrestre que celle des étoiles situées à des altitudes plus élevées. Plus la lumière doit parcourir une grande distance à travers l’atmosphère turbulente, plus l’effet de scintillation devient prononcé.
En revanche, les étoiles qui sont directement au-dessus (au zénith) subissent moins de scintillation car leur lumière traverse un trajet atmosphérique plus court. En conséquence, ils semblent scintiller moins, voire pas du tout.
Le niveau de scintillation peut varier en fonction des conditions météorologiques, des variations de température et de l'altitude à laquelle les étoiles sont observées. Elle est plus prononcée les nuits de forte activité atmosphérique, comme lors des chaudes soirées d'été ou lorsqu'il y a du vent important ou des turbulences dans l'atmosphère.
Si la scintillation est souvent associée au scintillement des étoiles, elle peut également affecter l’apparence des planètes et autres objets célestes dans le ciel nocturne. Cependant, en raison de leur taille apparente plus grande que celle des étoiles, l’effet scintillant est généralement moins perceptible pour les planètes.
