1、大氣電離特性：

根據大氣的電離特性，大氣圈可分為中性層、電離層和磁層。

A、中性層：中性層是指從地面至60公里左右的氣層，在一般情況下，此層中帶電質粒較少，主要由中性氣體組成。

B、電離層：一般指60公里以上至500公里左右的氣層。在太陽紫外線輻射的作用下，較多空氣發生電離，產生大量的電子和正離子。反射無線電波，使遠距離無線電通訊成為可能。電離層隨晝夜、季節、太陽活動等的變化而變化。總的來說，電離層中的正離子數要大于電子，且正離子主要分布在下方。C、磁  層：是指500公里以上的大氣層。該層內也存在電子、正離子，但分布極不均勻，且極度稀薄，在這樣高度上帶電質點的運動主要受地球磁力線的控制，故稱磁層。

2、溫度的垂直分布特點：根據這個特點，可把大氣分成對流層、平流層、中間層、熱成層、外層五個層次。

A、對流層：從地面到空中12公里（中緯度地區）左右，極地為8公里左右，赤道為17-18公里。主要的大氣現象都發生在這一層。如云、雨、霧、虹霓、風、冰雹、雷暴、沙塵暴等等。

B、平流層：從對流層頂到50公里之間。10-50公里之間為臭氧層，其中20-30公里濃度最大。這一層大氣的運動以平流為主，飛機在這一層飛行比較安全，一般沒有顛簸。

C、中間層：平流層頂到85公里左右之間的氣層。

D、熱成層：從中間層頂到250公里的距離（太陽寧靜時）或500公里左右（太陽活動強烈時）之間的氣層，該層的空氣受到太陽強烈的紫外線輻射作用而處于高度的電離狀態。南、北極附近的極光現象就出現在該層。

E、外  層：一般指500公里以外的大氣范圍。

3、威爾遜假說（Wilson）：至今尚未有一種被公認為無懈可擊的完整學說，威爾遜假說被認為比較完善并經常被推薦的假說。以下是這種假說的概述：

  根據大量科學測試可知，地球本身就是一個電容器，通常帶了穩定地帶負電荷50萬庫侖左右，而地球上空存在一個帶正電的電離層，這兩者之間便形成一個已充電的電容器，它們之間的電壓為300KV左右，并且場強為上正下負。

   當地面含水蒸氣的空氣受到熾熱的地面烘烤受熱而上升，或者較溫暖的潮濕空氣與冷空氣相遇而被墊高都會產生向上的氣流。這些含水蒸氣的上升時溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹（稱為水成物），這些水成物在地球靜電場的作用下被極化，負電荷在上，正電荷在下，它們在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶（這二者稱為云粒子）要大，因此極化水成物在下落過程中要與云粒子發生碰撞，碰撞的結果是其中一部分云粒子被水成物所捕獲，增大了水成物的體積，另一部分未被捕獲的被反彈回去，而反彈回去的云粒子帶走水成物前端的部分正電荷，使水成物帶上負電荷。

  由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此帶正、負兩種電荷的微粒逐漸分離（這叫重力分離作用），如果遇到上升氣流，云粒子不斷上升，分離的作用更加明顯。最后形成帶正電的云粒子在云的上部，而帶負電的水成物在云的下部，或者帶負電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當下面所講的帶電云層一經形成，就形成雷云空間電場，空間電場的方向和地面與電離層之間的電場方向是一致的，都是上正下負，因而加強了大氣的電場強度，使大氣中水成物的極化更厲害，在上升氣流存在在情況下更加劇重力分離作用，使雷云發展得更快。

從上面的分析，好像雷云總是上層帶正電荷，下層帶負電荷。實際上氣流并不單是只有上下移動，而比這種運動更為復雜。因此雷云電荷的分布也比上面講的要復雜得多。科學工作者的測試結果表明，大地被雷擊時，多數是負電荷從雷云向大地放電，少數是雷云上的正電荷向大地放電；在一塊雷云發生的多次雷擊中，最后一次雷擊往往是雷云上的正電荷向大地放電。從觀測證明，發生正電荷向大地放電的雷擊顯得特別猛烈。