Quando uma grande massa de ar quente e húmida começa a subir para a atmosfera causa grande instabilidade, obrigando o ar frio a descer abrutamente. O ar quente condensa, formando gotículas de água que, juntamente com cristais de gelo, são lançados para cima e para baixo, conferindo uma grande instabilidade eletroestática dentro da nuvem. Consequentemente, as cargas positivas e negativas migram para locais diferentes da nuvem e, quando a diferença de potencial entre as duas partes atinge um valor crítico dá-se a espetacular descarga elétrica, conhecida como relâmpago, que costuma ser seguido pelo som ribombante de um trovão.

Existem 3 tipos de relâmpagos, os intranuvens, os internuvens e os que ocorrem entre as nuvens e o solo terrestre.

Apesar de parecer um ato visível isolado, a ocorrência de um relâmpago é bastante complexa. Inicialmente, há uma descarga que parte da nuvem e desce em ziguezague até ao chão, a cerca de 100 km por segundo. À passagem desta descarga, o ar em volta dela fica ionizado (condutor de energia elétrica). Do solo parte imediatamente a seguir uma descarga positiva, que viaja até à nuvem pelo estreito canal deixado aberto pela primeira descarga. Com cerca de 10 mil amperes, esta descarga encontra-se a uma temperatura de 30 mil graus celsius, deixando o ar em volta incandescente, tornando o relâmpago visível aos nossos olhos.