Chùm tia quang truyền qua khí quyển chịu tác động của nhiễu loạn khí quyển với pha và biên độ biến thiên ngẫu nhiên. Nhiễu loạn là một trạng thái rối loạn của dòng khí quyển gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ trong khí quyển. Nhiễu loạn khí quyển bao gồm nhiều khu vực dòng xoáy hình cầu với đƣờng kính và chỉ số khúc xạ khác nhau. Các chùm tia quang truyền qua khí quyển ở không gian và thời gian khác nhau với chiết suất khác nhau, các chỉ số này không đồng nhất ở các quy mô khác nhau. Sự không đồng nhất với quy mô lớn sẽ tạo ra hiện tƣợng khúc xạ khiến chùm tia phát đi lệch so với hƣớng truyền ban đầu. Do đó, ở quy mô lớn thì hiệu ứng chủ yếu là làm sai lệch pha của sóng truyền đi. Sự không đồng nhất với quy mô nhỏ tạo ra hiệu ứng nhiễu xạ và làm sai lệch biên độ của sóng gây ra sự biến thiên của biên độ.
Nhiễu loạn không khí dẫn tới sự thay đổi ngẫu nhiên của chỉ số khúc xạ không khí, n dọc theo tuyến đƣờng truyền dẫn của bức xạ quang qua môi trƣờng không khí. Những sự thay đổi ngẫu nhiên về nhiệt độ là một hàm của áp suất khí quyển, độ cao so với mặt nƣớc biển, và tốc độ gió. Mức độ nhỏ nhất và lớn nhất của các xoáy lốc trong không khí, tƣơng ứng đƣợc gọi là tỷ lệ trong (inner scale), l0, và tỷ lệ ngoài (outer scale), L0, của sự nhiễu loạn. l0 thƣờng nằm trong khoảng một vài milimet trong khi L0 có thể lên tới vài mét. Các xoáy lốc yếu dạng thấu kính gây ra tác động xuyên nhiễu ngẫu nhiên giữa các vùng khác nhau của búp sóng truyền dẫn làm cho dạng sóng bị biến dạng.