在太阳紫外线、宇宙射线等的作用下，有些空气分子因失去电子而带正电，成为正离子；有些分子获得电子而带负电，成为负离子。这种中性大气分子获得电荷的过程，称为大气电离。可以参考词条“空气电离”

这种电离过程在高层大气中因紫外线和宇宙射线多而进行得特别强烈，故形成电离层。在低层大气中由于紫外线和宇宙线少而很弱，但在某些情况下（如雷暴中）大气电离过程也很强烈。