Cực quang được hình thành khi các hạt mang điện phát ra từ mặt trời va vào từ trường của Trái đất và các nguyên tử trong khí quyển. Sự tương tác này làm cho các chất khí trong bầu khí quyển tạo ra các photon có năng lượng khác nhau, có thể được coi là ánh sáng từ Trái đất.
Mặt trời tạo ra một dòng hạt mang điện liên tục theo mọi hướng, tuy nhiên, trong thời gian mặt trời bùng phát, nồng độ của các hạt sẽ tăng lên. Khi các hạt mang điện này va vào các cực từ của Trái đất, chúng sẽ đi theo đường của đường sức từ của Trái đất. Cực quang xảy ra gần các cực bắc và nam của hành tinh vì các đường sức từ trường tập trung nhiều nhất gần các cực từ của Trái đất trong vòng tròn Bắc Cực và Nam Cực. Các hạt tích điện này va vào các nguyên tử nitơ và oxy trong khí quyển ở các độ cao khác nhau. Tùy thuộc vào các nguyên tử chúng va vào và độ cao, màu sắc của cực quang thay đổi.
Ví dụ: ở độ cao lên tới 150 dặm từ bề mặt Trái đất, khi các hạt tích điện chạm vào ôxy, chúng tạo ra ánh sáng màu đỏ, nhưng trên 150 dặm, thay vào đó, chúng phát ra ánh sáng màu xanh lục. Mặt khác, nitơ tạo ra ánh sáng màu xanh lam khi ở dưới 60 dặm và màu tím khi ở trên cao.
