Yıldırımlar, insanların her zaman ilgisini çekmiş ve hayatını etkilemiştir. Tarih boyunca bu konu üzerinde çeşitli efsaneler oluşmuştur. Ancak bilimsel anlamda yıldırım ile ilgili ilk tanımlamalar 17.yy.’da başlamıştır. İlk olarak Descartes, yıldırımın bulutların çarpışmasıyla sıkışan havanın ışık ve ısı etkisinin meydana geldiğini ve ısının gürültüye neden olduğunu söyleyerek yıldırım ile ilgili ilk teoriyi ortaya atmıştır. 18.yy. ortalarında Rahip Nollet Fizik Dersleri adlı kitabında elektrikle yıldırım etkisini anlatmıştır. Bu tarihlerde Fizikçi Jalbert, yıldırım olayı ile sivri uçların ilgisini dile getirmiştir. Aynı yıllarda Romans, yıldırım olayının elektriksel bir olay olduğunu söyleyerek, yıldırımda elektrikten bahsetmiştir. Franklin 1725 yılında balon deneyi yaparak bulutların elektrik yüklü olduğunu ispat etmiştir. 1929 yılında İngiliz Doktor Simson ve Fransız Mathias tarafından yapılan çalışmalarla yıldırım konusu açıklanmaya çalışılmıştır.
Yıldırım, bulut ile yer arasındaki elektrik yüklerinin hızlı boşalması olayı olarak ifade edilmektedir. Atlamanın gerçekleşmesi için, havada asılı duran bulutlar ile yer arasındaki hava iyi bir iletken olmadığından, yaklaşık 100.000.000 voltluk bir gerilim oluşması gerekmektedir. Bulutların yıldırım üretmesi için önce elektrik yükleri ile şarj olması gerekmektedir. Bulutların şarj olması için fırtına bulutunun yere yakın olan kısmı negatif yükle yüklenir (Bu durum her zaman için geçerli değildir). Bu arada yer pozitif yükle yüklenir. Yüklenme hem bulut hem de yeryüzünde birbirine ters kutuplar olarak gerçekleşir. Aradaki potansiyel farkı artınca yalıtkan olan havanın delinmesiyle buluttaki veya yerdeki yüksek voltaj deşarj olur. Bu deşarjlarda 2000 ile 200.000 amper arası akım oluşmaktadır. Atmosfer olaylarında bulut ile bulut arasında oluşan boşalmaya şimşek, bulutla yer arasında oluşan boşalmaya yıldırım denir.
Yıldırımı oluşturan fırtına bulutunun oluşumu açıklanabilmekle birlikte bu bulutun nasıl elektrikle yüklendiği konusunda kesin bilgilere ulaşılamamıştır. Hava akımları, yere yakın hava tabakalarının iyice ısınması ile oluşmaktadır. Çok büyük yüksekliklerden aşağı inen soğuk hava ile bu hava tabakası yer değiştirir. Nem ise yüksek sıcaklıkta buharlaşma ile meydana gelir. Hava, yukarı çıkışı sırasında soğur ve belirli bir yükseklikte su buharına doyacağı bir sıcaklığa erişir. Daha fazla yükselmesi konzenzasyona sebep olur ve bulut oluşur. Yıldırım bulutunun oluşumunda üç aşama söz konusudur; gençlik, olgunluk ve yaşlılık Gençlik aşamasında aşağıdan yukarı doğru ve kenarlardan ortaya doğru hava akımları artar. Bu durum yaklaşık 10-15 dakika sürer. Olgunluk aşamasında yağmurlar oluşur. Sıfıra yakın sıcaklık derecelerinde iyice azalan bulut kaldırma kuvveti şiddetli yağmurlara sebep olur. Aynı anda yukarıdan aşağıya hareket eden soğuk rüzgarlar görülür. Bunlar yere ulaştıklarında şiddetli fırtınalara sebep olurlar. Bu aşama yaklaşık 15-30 dakika sürer. Yaklaşık 30 dakika süren yaşlılık aşamasında ise hava akımları sona erer.
Yıldırım bulutlarında elektrik yüklerinin oluşu ile çeşitli teoriler bulunmakla birlikte tam olarak açıklanamamıştır. Bu teorilerden biri Simpson ve Lomonosow’un teorisidir. Onlara göre bulutlardaki yükler hava akımı yardımıyla oluşmaktadır. Sıcak ve soğuk havanın yer değiştirmesi sonucunda oluşan hava akımı bulutlardaki su damlacıklarını harekete geçirir. Hareket halindeki su damlacıkları, birbirleriyle sürtünmek suretiyle yüklü hale gelirler. Bulutlardaki hava akımları su damlacıklarının dağılmasına ve tekrar birleşmesine sebep olurlar. Yapılan laboratuar çalışmalarında dağılan su damlacıklarından küçük damlacıkların negatif, büyük damlacıkların ise pozitif olarak yüklendiği gözlenmiştir. Bu bilgilere göre büyük su damlacıkları yani pozitif yüklü damlacıklar bulutun alt kademelerinde ve rüzgar hızının büyük olduğu bölümlerde olmalılar.