O campo elétrico de tempo bom é consequência da existência de uma carga na superfície da Terra e da condutividade, que é imperceptível aos seres vivos. Como a carga é negativa, o campo elétrico é voltado para baixo. Nos continentes, o campo elétrico médio é de cerca de 120 V/m. Este valor corresponde a uma carga superficial de -1,2 x 10-9 C/m2. Integrada sobre a superfície da Terra, este valor resulta em uma carga total de 600 kC. Há na atmosfera uma carga positiva semelhante.
Enquanto há um aumento exponencial da condutividade com a altitude, o campo elétrico diminui exponencialmente com a altitude. Em uma altitude de 30 km, o campo elétrico é de 300 mV/m. Integrando o campo elétrico da superfície da Terra até a ionosfera, ocorre uma diferença de potencial de cerca de 200 kV.
Perto do solo o campo elétrico apresenta largas variações causadas por movimentos turbulentos de cargas em associação com as condições meteorológicas. Outro mecanismo para separar cargas próximas da superfície é denominado efeito eletrodo. Devido à carga negativa da Terra, os íons negativos na atmosfera se movem para cima. Por não serem substituídos na mesma proporção por íons negativos gerados por fontes radioativas, forma-se uma região de cargas positivas perto do solo. Em uma atmosfera sem aerossóis, esta região tem uma espessura de somente uns poucos metros, na qual o campo elétrico diminui por um fator de dois. A presença de aerossóis faz com que esta região seja maior e sobre a água, esta camada também é maior devido à ausência de íons de fontes radioativas.
O campo elétrico de tempo bom apresenta variações diurnas e sazonais. A típica variação diurna do campo em função da hora universal foi pela primeira vez identificada pelas medidas realizadas pelo navio Carnegie na década de 20. A famosa curva de Carnegie é um resultado de valores médios horários de campo elétrico ao longo de muitos dias.
A curva de Carnegie é difícil de ser reproduzida em estações continentais devido a processos locais tais como correntes de convecção e variações nas concentrações de aerossóis. Em geral, flutuações nas densidades de cargas associadas com estes processos dentro da camada planetária têm um efeito sobre o campo elétrico comparável àquele da curva de Carnegie. Se as variações locais em estações continentais são removidas através de médias, o campo elétrico mostra uma dependência com a hora universal similar àquela da curva de Carnegie.
O campo elétrico de tempo bom também mostra uma variação sazonal. Muito embora se siga o padrão de variação com a hora universal, existem pequenas variações no horário em que o campo é máximo, indicando mudanças na longitude de máxima atividade de tempestades. O campo elétrico médio também apresenta variações sazonais com valores máximos na primavera e no verão no hemisfério norte, indicando que existem mais tempestades nestas estações no hemisfério norte do que nestas mesmas estações no hemisfério sul. Isto, por sua vez, é resultado do fato de existir mais continentes do que oceanos no hemisfério norte.
Em resposta à existência de um campo elétrico vertical orientado para baixo e à presença de íons negativos e positivos, uma densidade de corrente orientada para baixo, denominada de densidade de corrente de Maxwell, está constantemente fluindo na atmosfera nas regiões de tempo bom. Acima da camada planetária, a densidade de corrente é basicamente uma densidade de corrente de condução. Ela é aproximadamente constante com a altitude e da ordem de 2 x 10-12 A/m2. Na camada planetária, entretanto, a densidade de corrente apresenta variações em associação com as condições meteorológicas, as quais produzem transporte de cargas que podem ser representados por uma densidade corrente de convecção. Medidas de densidade de corrente na atmosfera também incluem a contribuição da densidade de corrente de deslocamento associada com variações temporais do campo elétrico. A densidade de corrente de condução em condições de tempo bom apresenta também a mesma variação diurna que o campo elétrico.
A diminuição do campo elétrico de tempo bom com a altura deve ser necessariamente acompanhada pela presença de cargas na atmosfera. Se não existem fontes de carga na atmosfera, esta variação é um efeito direto da variação da condutividade com a altura. Se a condutividade fosse uniforme, cargas não se acumulariam na atmosfera e o campo elétrico seria uniforme. Quase toda carga na atmosfera está abaixo de 30 km. Integrando a densidade de carga na atmosfera da superfície até a ionosfera (ou, em termos práticos 30 km), uma carga total de cerca de 600 kC é obtida. A carga na superfície da Terra é também de 600 kC, compensando esta carga na atmosfera.
Na atmosfera, em condições de tempo bom, uma densidade de corrente constante está sempre presente. Em consequência, se não existisse uma fonte contínua de carga, após um intervalo de tempo toda carga na atmosfera fluiria para a superfície da Terra cancelando sua carga, de modo que não existiria um campo elétrico na atmosfera. Este tempo foi calculado como sendo muito menor do que uma hora. Portanto, a existência de um campo elétrico em condições de tempo bom, ou em outras palavras, de uma densidade de corrente constante, implica que uma fonte de cargas contínua deva existir.
A primeira tentativa para resolver este problema foi sugerida por C. T. R. Wilson em 1920. Wilson estabeleceu a hipótese conhecida como teoria do capacitor esférico, de que a superfície da Terra e uma superfície equipotencial em alguma altitude deveriam se comportar como placas de um capacitor esférico. A camada equipotencial foi primeiramente chamada de eletrosfera e supostamente estaria localizada entre 40 e 60 km. Mais tarde, ela foi considerada ser coincidente com a ionosfera. Este capacitor esférico é carregado até uma diferença de potencial de 200 kV.
Devido à condutividade da atmosfera, as cargas entre as placas movem-se rumo ao solo, constituindo uma corrente de fuga. Esta corrente pode ser calculada multiplicando a densidade de corrente em condições de tempo bom pela área da superfície da Terra. Isto resulta em uma corrente total de descarga do capacitor de cerca de 1000 A. Para manter o capacitor esférico carregado, a atividade de tempestades em todo o mundo foi suposta para atuar como um gerador de corrente, separando cargas e causando o transporte de cargas positivas da Terra para a ionosfera na mesma razão de 1000 A.
Considerando que existe algo em torno de mil tempestades sempre ocorrendo, cada tempestade geraria algo em torno de um àmpere. A similaridade entre a variação diurna da atividade global de tempestades e a curva de Carnegie, com valores máximos e mínimos aproximadamente nas mesmas horas universais, foi usada para atribuir a variação diurna do campo elétrico à atividade global de tempestades, sendo o mais forte argumento em favor da teoria do capacitor esférico.
As amplitudes de ambas as variações diurnas, entretanto, são diferentes. A amplitude da variação da atividade de tempestades é cerca de duas vezes maior que a variação diurna do campo elétrico. Esta diferença em amplitudes parece ser devido à contribuição ao circuito da corrente gerada por outras nuvens eletrificadas que não as tempestades. A teoria do capacitor esférico pode ser vista como um grande circuito elétrico incluindo a superfície da Terra, a ionosfera e a atmosfera junto com as tempestades.
Este circuito é geralmente conhecido como circuito elétrico atmosférico global. O campo elétrico atmosférico deve ser considerado como um campo estacionário, resultante do equilíbrio entre o processo de geração de cargas pelas tempestades e o processo de aniquilação de cargas nas regiões em condições de tempo bom.
A teoria do capacitor esférico para o circuito global, entretanto, tem várias limitações. Embora a condutividade da ionosfera seja bastante alta, ela aumenta sistematicamente com a altitude, de modo que não exista uma camada equipotencial.
Uma versão mais completa do circuito global tem sido proposta sem considerar a existência de uma camada equipotencial superior. Tal fato torna possível a influência dos campos elétricos ionosféricos e magnetosféricos sobre a atmosfera inferior perto das regiões polares.
Variações temporais no circuito global são, entretanto, predominantemente associadas com variações na atmosfera inferior, principalmente na região tropical. Em torno das tempestades, outras fontes de corrente existem, tais como descargas pontuais, precipitação e relâmpagos na parte inferior, e fenômenos transientes óticos como sprites, na parte superior. A importância relativa de tais fontes, como geradoras para o circuito global, ainda não é conhecida.
