Итак, северное сияния возникают вследствие бомбардировки верхних слоёв атмосферы заряженными частицами, движущимися к Земле вдоль силовых линий геомагнитного поля из области околоземного космического пространства, называемой плазменным слоем.
Ученые заполняли полые трубки азотом, неоном, водородом, аргоном и другими разреженными газами, пропуская через них электрический ток. Каждый газ светился (люминесцировал) по-разному. Затем было установлено, что свечение разреженных газов происходит в верхней части атмосферы — ионосфере (на высоте от 80 до 1 000 км). Также была выявлена тесная связь с активностью деятельности Солнца. Когда на нем происходят взрывы, в ионосферу Земли устремляются заряженные частицы (корпускулы). Сталкиваясь с частицами разреженных газов, находящихся в ионосфере, они заставляют их светиться.
Спектры полярных сияний зависят от состава атмосфер планет. Так, например, если для Земли наиболее яркими являются линии излучения возбуждённых кислорода и азота в видимом диапазоне, то для Юпитера — линии излучения водорода в ультрафиолете.
Высота появлений полярных сияний достаточно сильно зависит от параметров атмосферы планеты, так, для Земли с её достаточно сложным составом атмосферы красное свечение кислорода наблюдается на высотах 200—400 км, а совместное свечение азота и кислорода — на высоте ~110 км. Кроме того, эти факторы обуславливают и форму полярных сияний — размытая верхняя и достаточно резкая нижняя границы.