Os relâmpagos ocorrem sempre que parte de uma nuvem atinge uma carga elétrica excessiva, positiva ou negativa, que é suficientemente forte para quebrar a resistência do ar circundante.

Normalmente,este processo que leva aos relâmpagos é uma rutura preliminar no interior da nuvem entre a área superior da carga positiva e a inferior, de carga negativa.

As diferentes cargas são geradas pelo arrefecimento até temperaturas negativas, que colidem com cristais de gelo.

A polarização das cargas forma um canal de ar ionizado, em que as moléculas e átomos neutros adquirem carga elétrica, através do qual um primeiro raio se propaga até ao solo.

Quando este raio inicial atinge a terra, verifica-se uma descarga de conexão ascendente de polaridade oposta, que se cruza com ele gerando uma descarga de retorno que por sua vez volta para a nuvem através do canal , criando um clarão bem visível e assustador.

Esta sequência de descargas ocorrem três ou quatro vezes por raio, muito rápidamente.

O mais espetacular deste processo é que o raio de retorno pode conter correntes até ceca de trinta mil amperes e atingir os 30 mil graus centígrades.

O primeiro raio que aparece pode atingir o solo em apenas dez milissegundos e o raio de resposta atinge a nuvem em cem microsegundos.
Porêm, os raios, não ocorrem só entre núvens mas também no interior de uma só nuvem. Na verdade a maior parte dos raios a nível mundial são entrenuvens, com canais de descarga de carga positiva e negativa no seu interior.

A maior parte dos raios ocorre a muitos quilómetros acima da Terra, na chamada atmosfera superior.

Os raios contêm uma grande quantidade de energia em curto espaço de tempo, com as respetivas descargas a ocorrerem em escassos milissegundos.
No entanto, eles surgem esporádicamente no mesmo local e raramente este é atingido duas vezes. Isto significa que eles percorrem diferentes espaços do mundo e nem sempre aparecem nos mesmos.

Uma das particularidades dos raios é que apenas são vistos por satélites e são gerados na atmosfera superior da Terra.

Muito longe de serem uniformes, os raios são também um fenómeno imprevisível e divididos em vérios tipos.

Os mais frequentes são os raios em fita que ocorrem apenas em grandes tempestades e fortes ventos, os raios staccato, incrívelmente luminoso, os raios difusos, provocando iluminação difusa, os megarraios e os raios em bola, que se deslocam como o vento.

As hipóteses de alguém ser atingido por um raio são maiores do que se possa imaginar, sendo de uma em 3 milhões.

Os locais mais perigosos e mais atingidos por trovoadas fortes são os trópicos, em que ocorrem mais de 70% deles.

Por exemplo na Venezuela, acima do rio Catatumbo, há relâmpagos várias vezes por minuto em 160 noites do ano. Mas a povoação de Kifuka, é com efeito a mais atingida na Terra, com uma estimativa de 158 raios por quilómetro quadrado, por ano.