Por volta de 50 a 100 relâmpagos ocorrem no mundo a cada segundo, o que equivale a cerca de 10 milhões de descargas por dia ou três bilhões por ano. Ainda que a maior parte do planeta esteja coberta de água, menos de 10% do total de relâmpagos ocorrem nos oceanos. Isso por causa das variações de temperatura ao longo do dia, do relevo menos acidentado e da menor concentração de aerossóis sobre os oceanos em comparação com a superfície dos continentes.
Relâmpagos ocorrem predominantemente no verão, devido ao maior aquecimento solar, mas podem surgir em qualquer período do ano. Em médias latitudes, relâmpagos já foram registrados em dias com temperaturas tão baixas quanto -10° C. A distribuição global de relâmpagos foi pela primeira vez estimada com base em observações da ocorrência de tempestades feitas ao longo das primeiras décadas do século XIX, isto é, do número de dias de tempestade que ocorrem por ano em um dado local, também conhecido como índice ceráunico.
Dias de tempestade são definidos como aqueles em que um observador, num dado local, registra a ocorrência de trovão. A partir das observações do número de dias de tempestade por ano, a densidade anual de relâmpagos nuvem-solo pode ser estimada de forma aproximada através de uma fórmula empírica obtida por estudos realizados em diversas partes do mundo, incluindo o Brasil.
Recentemente, a distribuição global de relâmpagos tem sido obtida por observações feitas com sensores ópticos a bordo de satélites. A densidade de relâmpagos por ano obtida a partir de observações feitas por satélite depois de 1995 é, contudo, restrita a latitudes inferiores a 50°, devido à órbita dos satélites, e tendem a representar a densidade total de relâmpagos, visto que o sensor a bordo do satélite não é capaz de discriminar os diferentes tipos de relâmpagos. Assim como para o índice ceráunico, a densidade de relâmpagos nuvem-solo pode ser estimada a partir das observações de satélite.
As observações de satélite confirmam que a maioria dos relâmpagos ocorre sobre os continentes e em regiões tropicais. De um modo geral, sabe-se que as principais regiões de ocorrência de relâmpagos no hemisfério norte são o centro da África, o sul da Ásia e o sul dos Estados Unidos. No hemisfério sul, as principais regiões são o Brasil (exceto pela região nordeste), o norte da Argentina, o sul da África, a ilha de Madagascar, a Indonésia e o norte da Austrália.
Em alguns pontos dessas regiões, como Uganda, o lago Maracaibo, na Venezuela, e a ilha de Java, a densidade de relâmpagos por ano atinge valores próximos àqueles registrados no famoso edifício "Empire State" em Nova York, que, com seus 410 metros de altura, é atingido em média por 20 relâmpagos por ano. Relâmpagos são raros em regiões de altas latitudes geográficas (latitudes maiores que 60°), por conta do ar muito frio, e em regiões desérticas, onde não há umidade suficiente para a formação das nuvens de tempestade.
O Brasil é um dos países de maior ocorrência de relâmpagos no mundo por ter grande extensão territorial e estar próximo do equador geográfico. Estima-se, com base em dados de redes de monitoramento, que cerca de 77,8 milhões de relâmpagos nuvem-solo atinjam o solo brasileiro por ano - ou dois relâmpagos por segundo. Isto equivale a uma média de aproximadamente 9 relâmpagos por km2 por ano.
Estudos recentes têm mostrado que a ocorrência de relâmpagos tem aumentado significativamente sobre grandes áreas urbanas em relação às áreas vizinhas. Acredita-se que este efeito esteja relacionado ao maior grau de poluição sobre essas regiões e ao fenômeno conhecido como "ilha de calor", aquecimento provocado pela alteração do tipo de solo e a presença de prédios e elementos que alteram a temperatura local.
