Dall’esperimento di Franklin del 1752, è assodato che i fulmini sono la manifestazione visiva di una scarica elettrica. La scarica si produce per una differenza di carica tra due zone dell’atmosfera (fulmini nube-nube o nube-cielo) o tra l’atmosfera e la superficie del globo.
È molto meno chiaro come si produca questa differenza. Nella separazione delle cariche sono comunque certamente coinvolti gli intensi moti verticali delle masse d’aria che si producono prima e durante un temporale. Un importante ruolo è infatti quello giocato dalle diverse particelle di acqua e ghiaccio, che, a seconda del peso e delle dimensioni, durante un temporale vengono sollevati dalle correnti ascensionali o precipitano verso terra con la pioggia. I piccoli cristalli di ghiaccio che urtano con le gocce più grosse (sopratutto embrioni di grandine, detti graupel) cedono loro carica negativa e portano in alto quella positiva.
I fulmini sono un fenomeno meteorologico proverbialmente rapido. Nella ricostruzione che se ne sono fatta gli studiosi, la formazione di un fulmine si articola in diverse fasi che si succedono in poche frazioni di secondo. Inizialmente si sviluppa, a scatti cui corrispondono linee rette della lunghezza di 50m circa, un canale di ionizzazione, lungo il quale il fulmine “cerca la sua strada” nella direzione che offre minore resistenza al passaggio della corrente. Man mano che il canale si avvicina al suo “bersaglio”, un simmetrico canale inizia a svilupparsi in risposta all’attrazione elettrostatica delle cariche positive che scendono dall’alto verso quelle negative che si sono accumulate in basso. Queste prime due fasi non sono direttamente osservabili. Il fulmine si manifesta quando i due canali si congiungono. A volte, all’interno dello stesso canale di ionizzazione si possono avere più scariche in rapidissima successione (che ai nostri occhi appiono come un baluginìo). È il caso di alcuni dei molteplici cammini visualizzati nelle foto (nella foto principale, si notano in particolare nel gruppo di fulmini sulla destra), che a causa dell’impressione di diverse scariche in successione appaiono sovraesposti e leggermente sfuocati.