极光是一种大气光学现象。当太阳黑子和耀斑活动强烈时，太阳会放出大量强带电粒子，沿着地磁场磁力线向南北两极移动。它以非常快的速度进入地球大气层的上层，其能量相当于数万枚或几十万枚氢弹的爆炸威力。因为带电粒子的速度非常快，当它们与空气中的原子碰撞时，原子外层的电子获得能量。当这些电子获得的能量被释放时，一种可见光会被辐射出来，这种迷人的颜色就是极光。
地球的两极有两个大磁场。带电粒子流受地球磁场的影响，其飞行路线将偏向两极。两极形成的粒子流比中纬度的粒子流要多，人们有更多的机会在高纬度地区观测极光。出现在北极的东西叫做北极光，出现在南极的东西叫做南极光。极光通常呈带状、弧形、幕式或放射状。由于空气中含有氢、氧、氮、氦、氖、氩等气体，在带电粒子流的作用下，不同的气体发出不同的光。例如，霓虹灯发出红光，氩发出蓝光，因此极光的颜色也是五彩缤纷，变化多端。极光经常突然出现，并在一段时间后消失。
在瑞典、挪威、前苏联和加拿大北部，每年大约可以看到100次极光，大部分是在春秋两季。在加拿大北部的哈德逊湾地区，极光每年出现240次。在中国最北端的黑龙江省漠河地区，人们经常可以看到五颜六色的北极光。极光是一个围绕地球的大规模放电过程。来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使其中一些粒子沿着磁场线向北极和南极集中。当它们进入极地区域的高层大气时，它们与大气中的原子和分子发生碰撞，激发它们产生光并形成极光。阿拉斯加的费尔班克斯一年中有200多天的极光，因此被称为极光之都。所以极光只能在地球的南北两极看到。
地球磁气圈的磁力线将太阳风的能量带入地球内部，然后驱动地磁场的形成。在这个磁层力线的闭环中，不仅地球内部有导体，还有大气层中的弱导体电离层。当太阳风较强时，磁力线能量与地球内部的磁感应电抗相遇，大量能量无法被消耗，于是极光在电离层中形成。