El llamp és una forma d’electricitat, com se sap des de diversos segles, però segueixen debatin-se els processos microfísics responsables de la formació de càrregues en els núvols.

Benjamin Franklin, del segle XVIII va demostrar que una descàrrega elèctrica els orígens de la qual es desconeixen ha estat fins avui motiu d’investigació científica.

L’obstacle està en la física, en un extrem estan els processos atòmics, que inicien l’electrificació del núvol tempestuós i en l’altre el moviment de l’aire d’aquest núvol.

Franklin ja va ser un pioner pel que es refereix a que una turbulència tempestuosa està en un estat negatiu d’electrificació i de vegades en estat positiu. També aquest, Franklin va dir que el llampega és el pas de càrrega elèctrica d’unes regions dels núvols i altres, mentre que el llamp és el trànsit equivalent entre els núvols i la terra.

Per a que es doni això, al núvol han d’estar les càrregues elèctriques positives separades de les negatives. La separació de càrregues es mesura en volts. Pot donar-se el cas en que una zona posseeixi més càrregues positives, o negatives que l’altra. Es tracta d’una estructura dipolar, és a dir, que té un pol positiu i un altre de negatiu. Hi ha dues vies per explicar aquest fenomen:

Es suposa que les gotes de pluja tempestuosa, la pedra i el gel, descendeixen per l’aire degut a la gravetat, deixant enrere suspesos els cristalls de gel i les gotes d’aigua. Les col·lisions entre partícules precipitades i suspeses carreguen negativament, llavors la boirina té que carregar-se positivament. Una estructura de càrrega amb una regió positiva superior s’anomena dipol positiu.

Aquest model suposa que les càrregues elèctriques del núvol procedeixen inicialment de dos fonts externes: els llamps còsmics i un camp elèctric.

Els llamps còsmics incideixen sobre les molècules d’aire situat per damunt del núvol i les ionitzen (separen les càrregues positives de les negatives).

El camp elèctric cenyeix els objectes punxeguts de la superfície terrestre, que produeix una descàrrega d’ions positius. L’aire calent els transporta fins a dalt. Un cop han arribat a les regions superiors del núvol els ions positius atreuen als negatius. S’uneixen a les gotes d’aigua formant una "capa pantalla" carregada negativament.

Es positiva o negativa la càrrega de la part alta?

Poques vegades es mesura la càrrega dels núvols tempestuosos, si no que s’infereix en les mesures dels seus camps elèctrics. La gravetat atreu als objectes amb massa, el camp elèctric atrau o repel·leix als objectes carregats, caracteritzats per una intensitat i una direcció, aquests camps s’anomenen vectorials.

S’ha establert, comparant amb Wilson-Simpson que l’estructura bàsica dels núvols no és dipolar, si no tripolar: hi ha una regió principal de càrrega negativa al centre, un altra de càrrega positiva per damunt d’aquesta i una tercera de càrrega positiva per baix.

Una "capa pantalla" és una característica secundaria, no altera l’estructura bàsica tripolar del núvol.

Les partícules de gel adquireixen una forta càrrega positiva al fondre’s. Aquesta fusió del gel no és la causant de l’estructura tripolar.

Quan les partícules de calamarsa xoquen amb els cristalls de gel, la polaritat de la càrrega que passa a les partícules depèn de la temperatura. Si la temperatura és crítica (temperatura d’inversió de càrrega) les partícules es carreguen negativament. Si la temperatura és superior es carreguen positivament.

Les observacions de núvols tempestuosos mostren la principal capa carregada negativament es troba a una altura en que la temperatura és de 15ºC.

La magnitud de les càrregues és produeixen en les col·lisions de laboratori és tal que poden explicar també la càrrega transportada pels llamps de modesta activitat elèctrica.