Algumas condições climáticas como fortes temperaturas e humidade representam as condições perfeitas pela criação de nuvens. No caso do raio, a nuvem típica é chamada de cumulonimbus. Essa nuvem, formada pelo aquecimento do ar se tornando vapor de água, é composta de átomos de água, ou seja, de gotas de água na parte inferior e partículas de gelo na parte superior.
Fortes correntes ascendentes dentro deste tipo de nuvem separam a carga elétrica desses átomos de água, resultando em altos níveis de cargas positivas na parte alta da nuvem e altos níveis de carga negativa na base da nuvem. As vezes, um grupo de elétrons positivos permanecem na base da nuvem, no meio de cargas negativas.
Essa nuvem de tempestade se forma acima, criando um grande dipolo com o solo, sob à influencia da base da nuvem de carga negativa, o campo eletromagnético naturalmente presente na atmosfera ao nível do solo inverte e aumenta rapidamente atingindo 10 até 15 kV por metro. A descarga elétrica no solo se torna iminente.
A primeira etapa da descarga atmosférica consiste em uma descarga inicial de baixa luminosidade conhecida como líder descendente e também chamado de traçador descendente. Ele se forma no centro da nuvem e se direciona pelo solo.
Ao mesmo tempo, o campo eletromagnético ao nível do solo aumenta em função do líder descendente se aproximando.
Qualquer ponto alto nos arredores tais como uma torre, uma arvore ou um para-raios começa gerar imediatamente uma ionização natural na forma de cargas elétricas visíveis de cor azul. Esse fenômeno é chamado de efeito de ponta ou efeito coroa.
Assim que o líder descendente se aproxima, perto suficiente do solo, a ionização devida ao efeito coroa se intensifica, e provoca naturalmente uma descarga ascendente. Essa descarga ascendente é chamada de líder ascendente e se desenvolve em direção da nuvem.
Quando um dos líderes ascendentes e um dos líderes descendentes se encontram, um canal ionizado e altamente condutor é criado permitindo a passagem da corrente. Isto é o fenômeno de descarga atmosférica, caracterizado por um clarão forte e luminoso chamado de relâmpago e por um barulho ensurdecedor chamado de trovão.
A descarga atmosférica (raio) está na verdade composta de várias descargas sucessivas, separadas por alguns microssegundos, e todas seguindo o mesmo canal ionizado.
