Relâmpagos produzem diversos fenômenos transientes na atmosfera superior, sendo os principais conhecidos como sprites, jatos azuis e elves. Estes fenômenos são fracas luzes, quase invisíveis ao olho humano, que ocorrem na mesosfera, troposfera e na baixa ionosfera, respectivamente, associados em geral aos relâmpagos nuvem-solo. Observações de sprites e jatos azuis têm sido feitas com câmeras de alta sensibilidade no solo e em aviões e, mais recentemente, por telescópios no alto de montanhas.
Sprites são transientes luminosos de cor avermelhada que duram em geral menos de 100 m e ocorrem acima do topo das nuvens de tempestade até cerca de 80 km e possuem larguras de 5 a 30 km. A região mais brilhante costuma localizar-se em torno de 70 km, embora possua uma intensidade cerca de mil vezes mais fraca do que a intensidade de uma descarga de retorno. Eles podem ocorrer em grupos ou individualmente e apresentam diferentes formas, tais como tentáculos ou cilindros. Em geral, ocorrem sobre regiões estratiformes associadas a sistemas convectivos de mesoescala e estão associados a relâmpagos nuvem-solo positivos.
Os jatos azuis costumam perdurar por até 300 m e possuem uma forma de um cone que se projeta do topo da tempestade para cima até cerca 50 km de altitude, a uma velocidade de cerca de 350 mil km/h. Algumas vezes, os jatos azuis projetam-se até altitudes menores que 25 km. Nestes casos são denominados precursores azuis.
Elves são discos luminosos de cor alaranjada, não visíveis a olho nu, com duração inferior a um milissegundo e extensão horizontal de 100 a 300 km que ocorrem entre 70 e 100 km de altitude. Em geral, ocorrem logo após um relâmpago nuvem-solo e, quando acompanhados por sprites, precedem a estes. A maioria dos elves também parece estar associada aos relâmpagos nuvem-solo positivos, embora muitos eventos associados aos relâmpagos nuvem-solo negativos tenham sido observados. Evidências indicam que estes fenômenos ocorrem em escala global frequentemente, sendo algumas vezes por minuto.
Na América do Sul, medidas realizadas no Peru em 1995 e no Brasil em 2003 parecem indicar que os sprites na região tropical também são frequentes. Tanto os sprites como os jatos azuis são produzidos a partir da excitação das moléculas do ar por elétrons acelerados pelos campos elétricos, associados aos relâmpagos nuvem-solo, em geral positivos. Já os elves são considerados resultados da excitação de moléculas na ionosfera pela radiação eletromagnética produzida pelos relâmpagos nuvem-solo, tanto negativos como positivos.
