Não se conhece exatamente como as nuvens de tempestade se tornam carregadas. Em parte, isto se deve ao fato de que a estrutura elétrica de uma nuvem de tempestade é bastante complexa, sendo o resultado de processos macrofísicos, que atuam em escalas de quilômetros, e processosmicrofísicos, que atuam em escalas de milímetros, ambos ocorrendo simultaneamente dentro da nuvem. Isto faz com que além de identificar osdiversos processos seja necessário determinar a importância relativa decada um. O que se sabe é que como resultado destes processos, cargas intensas são produzidas no interior da nuvem com valores que podem variar de algumas poucas dezenas até poucas centenas de Coulomb. São estas cargas que originam os relâmpagos.

A teoria mais aceita para explicar a produção de cargas requerida para eletrificar uma nuvem de tempestade assume que as partículas carregadas são produzidas por colisões de diferentes partículas de gelo no interior da nuvem. Tem sido mostrado que os diferentes processos dependem dos tipos de partículas envolvidas na colisão, embora os detalhes do processo de colisão não são muito bem conhecidos. Os dois processos que têm sido mais considerados são o processo indutivo e o processo termoelétrico. O processo indutivo considera que o campo elétrico tem um papel preponderante sobre a formação das cargas, enquanto o processo termoelétrico considera que a temperatura seja preponderante. No processo indutivo, o campo elétrico atua na separação de cargas, através da polarização das partículas de gelo maiores como o granizo. A colisão destas partículas com as partículas de gelo menores, como os cristais de gelo, transfere cargas do granizo para os cristais. Para um campo elétrico orientado em direção para baixo na atmosfera, o granizo transferirá cargas positivas para os cristais de gelo, tornando os cristais carregados positivamente e ficando carregado negativamente. Considerado mais aceito por muito tempo, esse processo tem sofrido sérias críticas nas últimas décadas, pois experimentos de laboratório indicaram que a intensidade do campo elétrico de tempo bom não é suficiente para que ele ocorra. A necessidade de campos mais intensos que o campo de tempo bom para que o processo indutivo ocorra, faz com que este processo só possa ser efetivo no estágio maduro de uma tempestade, não podendo ser responsável pela formação das cargas no início da tempestade. Portanto, assumindo a existência de vários centrosde carga, formados inicialmente a partir de outros processos, o processo indutivo poderia atuar para intensificar estes centros.

Já o processo termoelétrico estabelece que a polaridade da carga transferida durante uma colisão entre diferentes partículas de gelo depende da temperatura no local da colisão. Se a temperatura local for maior que uma dada temperatura, denominada temperatura de inversão de carga, e estimada ser em torno de -15° C, o granizo transferirá uma carga negativa para o cristal de gelo. Caso contrário transferirá uma carga positiva. Embora não sejam conhecidas as razões para a existência desta temperatura, tem-se mostrado que ela depende do tamanho e da velocidade de impacto das partículas envolvidas na colisão. Em princípioeste processo pode ser efetivo desde o início da tempestade, podendo gerar até três centros de cargas distintos, um negativo e dois positivos, ao seu redor. A existência de quatro centros de carga nas regiões de correntes ascendentes dentro das tempestades, contudo, requera existência de outro mecanismo além deste processo. Neste contexto, é possível imaginar que os três centros inferiores sejam formados a partirdo processo termoelétrico e o centro negativo superior a partir da intensificação do processo responsável pela formação da camada de blindagem, sendo então intensificados pelo processo indutivo. Contudo existem dúvidas quanto à eficiência do processo de geração da camada blindagem a ponto de produzir um centro de cargas negativo dentro da nuvem.

Na região de correntes descendentes, a existência de mais centros de carga pode indicar que outros processos possam estar atuando nesta região. Outros processos envolvendo o potencial de contato, a mudança defase de gelo para água ou o conteúdo de água super-resfriada têm sido considerados importantes. Existem fortes evidências que o conteúdo de água super-resfriada no local da colisão tenha um papel importante na determinação da polaridade das cargas de cada partícula, alterando a temperatura superficial da partícula de granizo e atuando de modo a alterar o valor da temperatura de inversão de carga. É provável que maisde um parâmetro seja relevante e, também, que diferentes parâmetros devam ser considerados em diferentes estágios da nuvem e em diferentes nuvens. Também é importante considerar diferenças geográficas, devido à influência de variadas concentrações de diferentes aerossóis.

Após as partículas carregadas serem formadas, elas são separadas peloefeito de correntes de ar ascendente e descendente, denominado processoconvectivo, e pela ação gravitacional, denominado processo gravitacional. O processo gravitacional assume que a ação da gravidade, atuando sobre diferentes partículas de gelo com tamanhos que variam de uma fração de milímetro até alguns poucos centímetros, tende a fazer comque as partículas maiores permaneçam na parte inferior da nuvem, enquanto que as partículas menores permaneçam na parte superior da nuvemde tempestade. O processo convectivo assume que as correntes de ar ascendentes e descendentes dentro das nuvens transportem estas partículas e atuem para manter as partículas menores suspensas na parte superior da nuvem. Acredita-se que ambos os processos sejam importantes para o transporte de cargas dentro das nuvens de tempestade.