Os relâmpagos se originam da quebra de rigidez dielétrica, isto é, 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. Esses valores são inferiores aos que provocam a quebra de rigidez do ar na altura da nuvem e, em princípio, não seriam suficientes para que ocorresse a quebra de rigidez dielétrica do ar nesses níveis, a não ser que ocorram outros processos simultaneamente.

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, reduzindo 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, favorecem as descargas ao serem acelerados por estes campos, em uma atividade denominada quebra de rigidez por avalanche. Embora este processo pareça explicar por que os relâmpagos surgem em regiões com campos elétricos entre 100 e 400 kV/m, alguns detalhes do surgimento dos relâmpagos permanecem desconhecidos. 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.