⦁ Para que ocurra una descarga, la altura de la nube debe ser mayor a 3-4 km.
⦁ Las nubes de tormenta muy altas producen una mayor frecuencia de descargas que una nube de altura ordinaria.
⦁ Las regiones altamente electrificadas de las nubes de tormenta casi siempre coinciden con la coexistencia de hielo y agua sobre enfriada.
⦁ La electrificación fuerte ocurre cuando la nube exhibe una fuerte actividad convectiva con un rápido desarrollo vertical.
⦁ La localización de los centros de carga parece estar determinado por la temperatura y no por la altura sobre el suelo.
⦁ El centro de carga negativa principal (zona principal de carga) está generalmente ubicado entre las isotermas de -10 y -20°C.
Todas las nubes están electrificadas en cierto grado. Sin embargo, en las nubes convectivas intensas se separan suficientes cargas eléctricas como para producir campos eléctricos que exceden la ruptura dieléctrica del aire húmedo (~1-3 MV/m), resultando en una descarga inicial (rayo) intra-nube (es decir, entre dos puntos de la misma nube).
La distribución de las cargas en las tormentas se ha investigado con radiosondas especiales, mediante la medición de los cambios en el campo eléctrico en el suelo que acompañan a los rayos y con aviones instrumentados.
Un resumen de los resultados de tales estudios, para una nube relativamente simple, la ubicación de la carga negativa (llamada la zona principal de carga) está bastante bien definida entre los niveles de temperatura de aproximadamente -10 ºC y -20 ºC. La carga positiva se distribuye en una región más difusa por encima de la carga negativa. Aunque ha habido algunos informes de rayos en nubes calientes, la gran mayoría de las tormentas se producen en las nubes frías.
Un resultado observacional importante, que proporciona la base para la mayoría de las teorías de la electrificación de las tormentas, es que al inicio de la electrificación fuerte le sigue la ocurrencia (detectada por radar) de fuertes precipitaciones dentro de la nube en forma de granizo blando (graupel) o granizo.
La mayoría de las teorías asumen que como una partícula de nieve granulada o granizo cae a través de una nube que está cargada negativamente debido a las colisiones con partículas pequeñas de las nubes (gotitas o hielo), da lugar a una carga negativa en zona principal de carga.
La carga positiva correspondiente se imparte a partículas de las nubes a medida que rebotan de la nieve granulada o granizo, y estas pequeñas partículas, a continuación, son transportadas por las corrientes de aire a las regiones superiores de la nube.
Las condiciones exactas y el mecanismo por el que el graupel se carga positivamente y las pequeñas partículas de hielo de la nube se cargan negativamente, han sido objeto de debate desde hace un siglo.
Han sido propuestos muchos mecanismos potencialmente prometedores pero posteriormente se han encontrado incapaces de explicar la tasa observada de generación de carga en las tormentas eléctricas.
⦁ Los cristales de hielo (10-100 μm) colisionan con granizos, los cuales tienen tamaños del orden de milímetros, y rebotan dentro de un medio de gotas de agua de nube del orden de 10 μm de diámetro.
⦁ Durante el breve contacto entre las partículas de hielo se separa carga eléctrica.
⦁ No es necesario un campo eléctrico para que ocurra la separación de carga.
⦁ Las partículas de hielo son transportadas a diferentes regiones dentro de la nube debido a las corrientes de aire y a la fuerza gravitatoria.
Cuando los diminutos cristales de hielo más fríos toman contacto con el granizo (o graupel) mucho más grande y más caliente, el cristal de hielo se carga positivamente y el granizo negativamente.
Las corrientes ascendentes llevan los pequeños cristales de hielo cargados positivamente hacia la parte alta de la nube, mientras que la piedra de granizo más pesada cae a través de la corriente ascendente hacia la región inferior de la nube.