Polarlichter entstehen, wenn elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwinds aus der Magnetosphäre auf Sauerstoff- und Stickstoffatome in den oberen Schichten der Erdatmosphäre treffen und diese ionisieren. Bei der nach kurzer Zeit wieder erfolgenden Rekombination wird Licht ausgesandt.

Das grüne Polarlicht wird hauptsächlich von Sauerstoffatomen in etwa 80 bis 150 Kilometern Höhe erzeugt. Das rote Polarlicht dagegen hat seinen Ursprung meist bei Sauerstoffatomen in etwa 200 Kilometern Höhe. Violette und blaue Polarlichter gehen meist von Stickstoffatomen aus.