Os relâmpagos se originam da quebra de rigidez dielétrica ou da capacidade isolante do ar. A quebra de rigidez do ar ocorre quando o campo elétrico é suficiente para ionizar os átomos do ar e acelerar os elétrons a ponto de produzir uma descarga. Medidas em laboratório estimam que para que a quebra de rigidez do ar ocorra dentro da nuvem, campos elétricos devem ser da ordem de um milhão de V/m. Medidas recentes têm mostrado que o campo elétrico dentro das nuvens de tempestade atinge valores máximos entre 100 e 400 kV/m. Estes valores são inferiores àquele para a quebra de rigidez do ar na altura da nuvem, e em princípio, não seriam suficientes para que ocorra a quebra de rigidez dielétrica do ar nestes níveis, a não ser que outros processos estejam atuando.

Dois processos têm sido propostos para explicar a iniciação dos relâmpagos a partir dos valores de campo elétrico medidos. Um deles considera que as gotículas de água se polarizam pelo campo elétrico ambiente atuando de modo a reduzir o campo necessário para a quebra de rigidez. Tal processo, contudo, aparentemente não é capaz de reduzir o campo para quebra de rigidez aos valores observados. O segundo processo considera que os elétrons secundários produzidos pela radiação cósmica na atmosfera atuam de modo a iniciar as descargas ao serem acelerados por estes campos, ao invés dos elétrons de baixa energia dos átomos do ar, num processo denominado quebra de rigidez por avalanche. Ambos os processos não explicam completamente o surgimento dos relâmpagos. Depois de iniciada a descarga, os elétrons na região de cargas negativas são atraídos por cargas positivas que começam a se mover através do ar rumo a estas cargas criando um canal condutor. O processo de quebra de rigidez é normalmente localizado perto da região de cargas negativas da nuvem.