Scaricano violentemente la loro energia luminosa nell'atmosfera quando il cielo è particolarmente arrabbiato e, seppur meno frequentemente, anche in presenza di bufere di sabbia, di neve e all'interno di nuvole formate da ceneri di origini vulcanica. Un fulmine si può infatti verificare all'interno di una stessa nuvola, oppure li si può vedere partire da un cumulonembo per poi scagliarsi in direzioni del suolo.

Un fulmine è essenzialmente una portentosa scarica di elettricità che viene generata quando tra due corpi esiste una grande differenza di potenziale elettrico. I corpi in questione possono essere due oggetti qualsiasi sospesi nell'atmosfera: basti pensare che alcune scariche elettriche osservate si sono generate tra un aereo in volo e il terreno.

Sebbene non si sia ancora compresa la loro causa scatenante, le ipotesi fin'ora in gioco prevedono l'intervento di fattori atmosferici, come umidità e pressione, l'addensamento di particelle provenienti dai venti solari e la presenza nelle nuvole di corpuscoli di ghiaccio che contribuiscono all'accumulo di cariche negative, a cui la terra risponde caricandosi positivamente.

Secondo i più recenti studi infatti, le particelle negative di una nuvola, lentamente attratte verso il basso da quelle positive presenti nel suolo, formano il cosiddetto “canale di prescarica”, una specie di tunnel verticale ionizzato, dotato di ramificazioni e ancora scarsamente luminoso, che prosegue in direzione del terreno con una velocità media di circa un metro al microsecondo.

La scarica vera e propria, “scarica di ritorno”, viene originata quando il canale tocca terra: le cariche positive del suolo risalgono il canale con una rapidità che è circa un decimo di quella della luce, velocità responsabile del lampo improvviso che illumina il canale e tutte le sue braccia. Una scarica arriva a riscaldare l'atmosfera circostante fino a un massimo di 20 mila gradi centigradi e l'energia elettrica prodotta da un fulmine oscilla generalmente tra i 10 e i 200 kiloampere.

Anche se i nostri occhi ne percepiscono una sola, in realtà ogni fulmine comprende un numero massimo di 4 scariche. Il rumore che sentiamo dopo aver osservato un fulmine, il tuono, non è altro che la sua onda d'urto; più un fulmine è caduto lontano, più il tuono tarderà ad arrivare alle nostre orecchie: si stima che ogni tre secondi di ritardo il fulmine appena caduto possa essere considerato un chilometro più lontano da noi.