Không giống như các hiện tượng khác của bầu trời đêm, chẳng hạn như sao băng, sao chổi, cực quang là hiện tượng khí quyển đầy màu sắc của ánh sáng trên bầu trời về đêm. Những dải sáng này liên tục chuyển động, thay đổi, trông giống như những dải lụa lấp lánh trên bầu trời. Đây là một trong những hình ảnh đẹp của tự nhiên. Nhưng nguyên nhân gây ra chúng là gì?

Mặc dù cực quang xuất hiện trong khí quyển, nhưng chúng là kết quả của các lực ngoài Trái đất. Vành nhật hoa của Mặt trời, là khu vực ngoài cùng của khí quyển Mặt trời, bao gồm plasma (khí ion hóa nóng), đẩy gió Mặt trời (một luồng hạt proton và electron) ra khỏi Mặt trời. Một số hạt năng lượng cao này va vào từ trường của Trái đất, đi theo các đường sức từ xuống khí quyển Trái đất tại các cực Bắc từ và Nam từ.

Khí quyển của Trái đất chủ yếu gồm nitơ và oxy. Khi các hạt năng lượng mặt trời tiếp xúc bầu khí quyển của Trái đất, chúng va chạm với các nguyên tử nitơ và oxy, tách các electron của chúng ra, để lại các ion ở trạng thái kích thích. Các ion này phát ra bức xạ ở nhiều bước sóng khác nhau, tạo ra các màu đặc trưng. Va chạm của các hạt năng lượng mặt trời với oxy tạo ra ánh sáng đỏ hoặc xanh lục; va chạm với nitơ tạo ra ánh sáng xanh lục và tím.

Trong thời kỳ hoạt động năng lượng mặt trời thấp, thường liên quan đến thời kỳ Mặt trời có ít vết đen hơn, ít hạt năng lượng cao được phát ra từ Mặt trời hơn, các dải màu lấp lánh đặc trưng cho vùng cực quang của Trái đất dịch chuyển về phía cực.

Khi Mặt trời hoạt động mạnh hơn, lượng plasma lớn hơn phun trào từ bề mặt Mặt trời, nhiều hạt hơn sẽ tiếp cận bầu khí quyển của Trái đất, cực quang đôi khi mở rộng đến các vĩ độ trung bình. Cực quang thường xuất hiện ở độ cao khoảng 100 km; tuy nhiên, chúng có thể xuất hiện ở bất kỳ nơi nào trong khoảng từ 80 đến 250 km trên bề mặt Trái đất.

Cực quang rõ nét nhất ở các vĩ độ cao hơn, gần các cực từ. Vì lý do đó, cực quang được biết đến với tên gọi “cực quang phương Bắc” (Aurora Borealis) khi xuất hiện ở Bắc bán cầu và “cực quang phương Nam” (Aurora Australis) khi xuất hiện ở Nam bán cầu.