São das cargas das nuvens de tempestade que se originam os relâmpagos. Mas não se sabe exatamente como as nuvens de tempestade se tornam carregadas. Isso se deve em parte 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 processos microfísicos, que atuam em escalas de milímetros, ambos ocorrendo simultaneamente dentro da nuvem.

Isso faz com que, além de identificar os diversos processos, seja necessário determinar a importância relativa de cada 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.

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. Os dois processos que têm sido mais considerados pelos pesquisadores 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. Nesse processo, o campo elétrico atua na separação de cargas, por meio da polarização das partículas de gelo maiores como o granizo. A colisão dessas 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.

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 do 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 centros de carga, formados inicialmente a partir de outros processos, o processo indutivo tem o papel de intensificar estes centros.

Já o processo termoelétrico considera que a temperatura seja preponderante e 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 do que a temperatura de inversão de carga (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 observado que ela depende do tamanho e da velocidade de impacto das partículas envolvidas na colisão. Esse processo pode ser efetivo desde o início da tempestade, gerando até três centros de cargas distintos ao seu redor - um negativo e dois positivos.Há existência de quatro centros de carga nas regiões de correntes ascendentes dentro das tempestades, contudo, requer a existência de outro mecanismo além deste processo.

Nesse contexto, é possível imaginar que os três centros inferiores sejam formados a partir do 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 de 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 estão atuando nessa área. Outros processos envolvendo o potencial de contato, a mudança de fase de gelo para água ou o conteúdo de água super-resfriada têm sido considerados importantes. Existem fortes evidências de 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 mais de 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 pelo efeito de correntes de ar ascendente e descendente, em um processo chamado de convectivo, 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 com que as partículas maiores permaneçam na parte inferior da nuvem, enquanto que as partículas menores permaneçam na parte superior da nuvem de 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.