晚霞行千里的原因主要與大氣光學現象有關。當太陽光在地平線以下時，其光線會穿過較厚的大氣層，空氣中的微粒（如灰塵、水滴和氣溶膠）會散射和折射太陽光。這些微粒會散射掉太陽光中的短波長成分（如藍色和綠色光），而較長波長的紅、橙和黃光則相對較少被散射，從而在晚霞時出現。此外，晚霞還受到大氣濕度和顆粒濃度等因素的影響。濕度較高和大氣中顆粒的濃度增加會加強光的散射作用，產生更加豐富多彩的晚霞景象。
晚霞的出現還與天氣狀況有關。傍晚時分，由於一天的陽光加熱，低空大氣中的水分一般不會很多，但塵埃可能因對流變弱而大量集中到低層。如果此時出現鮮艷的晚霞，說明西方的天氣比較乾燥。按照氣流由西向東移動的規律，未來本地的天氣不會轉壞，因此有「晚霞行千里」的說法。
總結起來，晚霞行千里這一天文現象是由太陽光在大氣中的折射、散射和衍射引起的，加上大氣濕度和顆粒濃度的影響，形成了美麗的晚霞景象。同時，晚霞的出現也預示著西方的天氣較為乾燥，有利於本地的天氣保持良好。