1、大气电离特性：
根据大气的电离特性，大气圈可分为中性层、电离层和磁层。
A、中性层：中性层是指从地面至60公里左右的气层，在一般情况下，此层中带电质粒较少，主要由中性气体组成。
B、电离层：一般指60公里以上至500公里左右的气层。在太阳紫外线辐射的作用下，较多空气发生电离，产生大量的电子和正离子。反射无线电波，使远距离无线电通讯成为可能。电离层随昼夜、季节、太阳活动等的变化而变化。总的来说，电离层中的正离子数要大于电子，且正离子主要分布在下方。C、磁 层：是指500公里以上的大气层。该层内也存在电子、正离子，但分布极不均匀，且极度稀薄，在这样高度上带电质点的运动主要受地球磁力线的控制，故称磁层。
2、温度的垂直分布特点：根据这个特点，可把大气分成对流层、平流层、中间层、热成层、外层五个层次。
A、对流层：从地面到空中12公里（中纬度地区）左右，极地为8公里左右，赤道为17-18公里。主要的大气现象都发生在这一层。如云、雨、雾、虹霓、风、冰雹、雷暴、沙尘暴等等。
B、平流层：从对流层顶到50公里之间。10-50公里之间为臭氧层，其中20-30公里浓度最大。这一层大气的运动以平流为主，飞机在这一层飞行比较安全，一般没有颠簸。
C、中间层：平流层顶到85公里左右之间的气层。
D、热成层：从中间层顶到250公里的距离（太阳宁静时）或500公里左右（太阳活动强烈时）之间的气层，该层的空气受到太阳强烈的紫外线辐射作用而处于高度的电离状态。南、北极附近的极光现象就出现在该层。
E、外 层：一般指500公里以外的大气范围。
3、威尔逊假说（Wilson）：至今尚未有一种被公认为无懈可击的完整学说，威尔逊假说被认为比较完善并经常被推荐的假说。以下是这种假说的概述：
根据大量科学测试可知，地球本身就是一个电容器，通常带了稳定地带负电荷50万库仑左右，而地球上空存在一个带正电的电离层，这两者之间便形成一个已充电的电容器，它们之间的电压为300KV左右，并且场强为上正下负。
当地面含水蒸气的空气受到炽热的地面烘烤受热而上升，或者较温暖的潮湿空气与冷空气相遇而被垫高都会产生向上的气流。这些含水蒸气的上升时温度逐渐下降形成雨滴、冰雹（称为水成物），这些水成物在地球静电场的作用下被极化，负电荷在上，正电荷在下，它们在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶（这二者称为云粒子）要大，因此极化水成物在下落过程中要与云粒子发生碰撞，碰撞的结果是其中一部分云粒子被水成物所捕获，增大了水成物的体积，另一部分未被捕获的被反弹回去，而反弹回去的云粒子带走水成物前端的部分正电荷，使水成物带上负电荷。
由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此带正、负两种电荷的微粒逐渐分离（这叫重力分离作用），如果遇到上升气流，云粒子不断上升，分离的作用更加明显。最后形成带正电的云粒子在云的上部，而带负电的水成物在云的下部，或者带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。当下面所讲的带电云层一经形成，就形成雷云空间电场，空间电场的方向和地面与电离层之间的电场方向是一致的，都是上正下负，因而加强了大气的电场强度，使大气中水成物的极化更厉害，在上升气流存在在情况下更加剧重力分离作用，使雷云发展得更快。
从上面的分析，好像雷云总是上层带正电荷，下层带负电荷。实际上气流并不单是只有上下移动，而比这种运动更为复杂。因此雷云电荷的分布也比上面讲的要复杂得多。科学工作者的测试结果表明，大地被雷击时，多数是负电荷从雷云向大地放电，少数是雷云上的正电荷向大地放电；在一块雷云发生的多次雷击中，最后一次雷击往往是雷云上的正电荷向大地放电。从观测证明，发生正电荷向大地放电的雷击显得特别猛烈。