El fenómeno de los rayos es una de las manifestaciones más dramáticas y frecuentes en la Tierra. En cada segundo que pasa sin cesar, aproximadamente 100 rayos golpean la superficie terrestre desde las nubes, y en cualquier momento dado, hay alrededor de 2.000 tormentas eléctricas activas simultáneamente en todo el mundo.
Los rayos se forman cuando se acumula carga eléctrica en las nubes de tormenta. En las nubes cumulonimbos altas, hay movimientos muy fuertes de aire hacia arriba y hacia abajo. Las partículas de hielo en la parte superior de la nube colisionan con gotas de agua en la parte inferior, generando un intercambio de carga eléctrica. La parte superior de la nube acumula carga positiva mientras que la parte inferior acumula carga negativa.
Cuando la diferencia de carga entre la nube y la tierra alcanza un nivel suficiente, el aire, que normalmente actúa como un aislante eléctrico, ya no puede contener la carga. Un canal conductor estrecho llamado "leader escalonado" baja desde la nube, y cuando se encuentra con un canal ascendente desde la tierra, una alta tensión se libera en un período muy corto: esto es lo que vemos como un rayo.
La temperatura de un rayo puede alcanzar hasta 30.000 Kelvin o casi cinco veces más caliente que la superficie del Sol. Este calentamiento extremadamente rápido y repentino expande el aire de forma inmediata, produciendo una onda de choque sonora que escuchamos como trueno. El rayo mismo dura solo unos milisegundos, pero la energía liberada puede alcanzar un billón de voltios.
Aunque los rayos parecen peligrosos -y realmente pueden matar- también desempeñan un papel importante en el ecosistema terrestre. Los rayos ayudan a convertir el nitrógeno atmosférico en formas que pueden ser absorbidas por las plantas, contribuyendo así a la fertilidad natural del suelo. Cada año, los rayos producen aproximadamente 100 millones de kilogramos de nitrógeno en formas útiles para las plantas.