显然出现闪电，雷暴首先要带电，而且正负电性相反的电荷必须存在于一个积雨云中的不同区域。云中电荷的产生和电荷在云中不同区域之间的分布，已经有许多理论来解释，但仍没有获得完全理解。雷暴云的起电机制是大气电学中困扰人们的重要问题之一。

一个世纪以来，有关云雾粒子正、负电荷形成机制的理论已提出不下十几种，而提出的正、负电荷的分离机制则基本相同，均为重力分离机制。这些理论，大多是在实验和观测的基础上提出来的，但由于雷雨云结构和起电机制的复杂性，每一种理论都难以完满地解释实测结果。近20年来，在积云数值模拟中引入各种起电机制，已逐渐成为研究雷雨云起电机制的重要手段。下面介绍两种具有代表性的起电理论：感应起电理论和温差起电理论。

1.感应起电理论

观测和研究表明，晴天的低层大气中存在着垂直向下方向的静电场，即地表面带负电荷，大气相对于地面始终带正电荷。

因此，在雷暴形成过程中，在大气电场感应作用下，降水粒子（雨滴或冰粒）中出现电荷分离，即粒子上半部带负电，下半部带正电。当降水粒子在重力场中降落时，会出现两种情况：一种是降水粒子的下半部与中性云粒子（小云滴和小冰晶）相碰后又弹离，弹离的云粒子将带走降水粒子下部的部分正电荷，从而使降水粒子携带净负电荷。另一种是降水粒子的下半部沿途选择性地捕获大气负离子而带有净负电荷，云中大量正离子则受到降水粒子下半部所带正电荷的排斥而留在云中。第一种涉及粒子间碰撞称为碰撞弹离起电机制，第二种涉及降水粒子捕获离子称为选择捕获大气离子起电机制。

经过重力分离，较轻的大气正离子或带正电荷的云粒子随上升气流到达云体上部形成正电荷区，携带净负电荷的较重的降水粒子则因重力沉降而聚集在云体下部，形成负电荷区。

2.温差起电理论

该起电机制的物理基础是20世纪40年代发现的冰的热电效应。冰的分子中有一小部分处于电离状态，且温度较高时，H ＋ 和OH－的浓度也较高。若冰的两端维持稳定的温差，则高温端的离子将向低温端扩散，且H ＋ 在冰晶中的扩散比OH－快得多，结果使冷端具有相对多的H ＋ ，从而形成冰的冷端为正，热端为负。当具有不同温度的两块冰在一定条件下接触后再分离时，温度较低的将带正电荷，温度较高的将带负电荷。

云中存在两种温差起电机制，一种机制是，云中冰晶与下落的雹粒碰撞时因摩擦而增温。对雹粒，增温局限于与冰晶接触的尖突部分，这里相对升温较高；而冰晶表面细密光滑，有较大的接触面积，从而升温较低。结果可使雹粒带负电，冰晶带正电。另一种机制是，当云中较大的过冷水滴与下落的雹粒碰冻时，过冷水滴表面首先冻结而形成冰壳，随后内部冻结并释放冻结潜热，形成一内热外冷的径向温度梯度，致使外壳带正电，内部带负电。过冷水滴冻结的瞬间，因体积膨胀而使外壳破碎，这使得飞离的冰屑带正电，雹粒带负电。这两种机制，前者称为摩擦温差起电机制，后者称为碰冻温差起电机制。

经过重力分离，携带正电荷的较轻的冰晶和冰屑随上升气流到达云体上部，并在云体上部形成正电荷区；携带负电荷的雹粒则因重力沉降而聚集在云体下部形成负电荷区。