Хотя полярные сияния появляются в атмосфере, они являются результатом внеземных сил; однако эти силы не особенно чужды. Солнечная корона—внешняя область атмосферы Солнца, состоит из плазмы (горячего ионизированного газа)—диски солнечный ветер (поток частиц протонов и электронов) от Солнца. Некоторые из этих высокоэнергетических частиц воздействуют на магнитное поле Земли и следуют вдоль линий магнитного поля вниз в атмосферу Земли на Северном и Южном магнитных полюсах.

Атмосфера Земли в основном состоит из азота и кислорода. Как только солнечные частицы достигают атмосферы Земли, они сталкиваются с атомами азота и кислорода, удаляя свои электроны, чтобы оставить ионы в возбужденных состояниях. Эти ионы излучают излучение на различных длинах волн, создавая характерные цвета. Столкновения солнечных частиц с кислородом производят красный или зеленый свет; столкновения с азотом производят зеленый и фиолетовый свет.

В периоды низкой солнечной активности-которые часто ассоциируются с периодами, когда Солнце имеет меньше солнечных пятен-меньше этих высокоэнергетических частиц испускается солнцем,а мерцающие листы цвета, которые характеризуют зоны полярного сияния Земли, смещаются в сторону. Когда Солнце более активно и большее количество плазмы извергается с поверхности Солнца, больше частиц достигает атмосферы Земли, и полярные сияния иногда распространяются на средние широты. Например, северное сияние было замечено на юге до 40 ° широты в Соединенных Штатах. Полярные сияния обычно происходят на высотах около 100 км (60 миль); однако они могут происходить где-то между 80 и 250 км (около 50 до 155 миль) над поверхностью Земли.