地表で大気が暖められることなどにより発生した上昇気流は湿度が高いほど低層から飽和水蒸気量を超えて水滴（雲粒）が発生して雲となり、気流の規模が大きいほど高空にかけて発達する。
この水滴は高空に達すると氷結してあられ、氷の結晶となり上昇気流にあおられながら互いに激しくぶつかり合って摩擦されたり砕けたりすることで静電気が生じる。この時、雲の上層には正の電荷が蓄積され下層には負の電荷が蓄積される。
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急激な上昇気流により低層から高空まで形成される雷雲は主に積乱雲などで構成され、熱雷（俗に夏雷）と呼ばれる。同じ積乱雲でも寒冷前線上などに発生する場合、また、温暖前線などで同様の原理が発生した場合の雷は界雷と呼ばれる。上昇気流が台風などによる場合は、渦雷（うずらい）と呼ばれる。なお、前線に向かって湿った空気が流れ込むことにより発生した雷など、熱雷と界雷の両方の特性を併せ持つものは熱界雷と呼ぶ。
上層と下層の電位差が拡大して空気の絶縁の限界値を超えると電子が放出され、放出された電子は空気中にある気体原子と衝突してこれを電離させる。電離によって生じた陽イオンは、電子とは逆に向かって突進し新たな電子を叩き出す。この2次電子が更なる電子雪崩を引き起こし、持続的な放電現象となって下層へ向って稲妻が飛んでいく。