Σύμφωνα με την κλασική θεωρία του ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού, η επιφάνεια της Γης και η ηλεκτρόσφαιρα, δηλαδή το αγώγιμο στρώμα της ανώτερης ατμόσφαιρας, που βρίσκεται στο κάτω μέρος της ιονόσφαιρας σε ύψη 50 με 65 χιλιομέτρων, είναι οι δύο αντίθετοι πόλοι ενός σφαιρικού πυκνωτή, που χωρίζονται από τον ενδιάμεσο ατμοσφαιρικό αέρα. Η Γη θεωρείται ότι είναι αρνητικά φορτισμένη ως προς την ηλεκτρόσφαιρα που είναι θετικά φορτισμένη, τροφοδοτούμενη από το ρεύμα που δημιουργείται στη διάρκεια των καταιγίδων.
Το ρεύμα αυτό, όταν φθάνει κοντά στη ηλεκτρόσφαιρα, που η αγωγιμότητα είναι πολύ μεγάλη, διασκορπίζεται οριζόντια και στη συνέχεια επιστρέφει στη Γη με τη μορφή ρευμάτων μικρής έντασης, ομοιομόρφως κατανεμημένων στις περιοχές που επικρατεί καλοκαιρία. Για τη λειτουργία του παγκόσμιου ατμοσφαιρικού ηλεκτρικού κυκλώματος, απαιτείται η εκδήλωση περίπου 2.000 καταιγίδων μια δεδομένη χρονική στιγμή ανά τη Γη.
Η διοχέτευση των ασθενών ηλεκτρικών ρευμάτων από την ηλεκτρόσφαιρα στην επιφάνεια του πλανήτη είναι δυνατή λόγω της ύπαρξης των ιόντων, τα χαρακτηριστικά των οποίων καθορίζουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα του αέρα. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αέρα κατά κανόνα αυξάνεται με το ύψος και κοντά στο έδαφος μεταβάλλεται συνεχώς, επηρεαζόμενη από μετεωρολογικούς παράγοντες και τα αερολύματα της ατμόσφαιρας.
Τα καταιγιδοφόρα νέφη (σωρειτομελανίες) που αναπτύσσονται στην ατμόσφαιρα, λειτουργούν ως ηλεκτρογεννήτριες. Σε ένα μεγάλης ανάπτυξης σωρειτομελανία τα φορτία γεννώνται και διαχωρίζονται στο στρώμα μεταξύ των ισόθερμων -5°C και -40°C. Αρνητικά φορτία εντοπίζονται συνήθως στο στρώμα μεταξύ των ισόθερμων -10°C και -20°C. Το θετικό φορτίο βρίσκεται αρκετά χιλιόμετρα ψηλότερα, αλλά δευτερεύων θύλακας θετικού φορτίου περιστασιακά εντοπίζεται κοντά στη βάση του νέφους, στην περιοχή του υετού.
Όταν μεταξύ των βάσεων ενός σωρειτομελανία και της επιφάνειας της Γης δημιουργηθεί μεγάλη διαφορά δυναμικού, ο ενδιάμεσος αέρας γίνεται για πάρα πολύ μικρά χρονικά διαστήματα αγώγιμος και τα ηλεκτρόνια που τον διαπερνούν δημιουργούν ηλεκτρική εκκένωση, που είναι γνωστή ως “κεραυνός”.
