번개와 천둥이 치는 이유는 대기의 전기적 불균형에서 비롯됩니다.
폭풍우 구름 내부에서 강한 상승 기류와 하강기류가 발생하면서 구름내 얼음입자와 물방울이 서로 충돌하면서 전하가 분리됩니다. 구름의 상부는 양전하, 하부는 음전하로 분리 됩니다.
전하가 분리되면서 구름과 지표면사이, 혹은 구름과 구름사이에 강한 전기장에 형성되고 이 전기장은 점점 강해져 대기의 절연성이 생기게 됩니다.
전기장이 충분히 강해지면, 공기중의 분자들이 이온화 되어 공기가 전도체 역할을 하게 되고, 이때 방전현상이 일어나며 번개가 발생합니다. 번개는 주로 구름에서 구름으로, 또는 구름에서 지표로 방전됩니다.
번개가 발생할때 공기가 순간적으로 극도로 가열되어 폭발적인 팽창이 일어나는데 이 팽창이 축격파를 일으켜 소리로 전달되며, 우리는 이를 천둥으로 듣게 됩니다.