雷暴的形成與溼熱空氣在不穩定環境中的對流抬升有關。在炎熱的夏天，如果水汽又很充足的話，地面有源源不斷熾熱的溼空氣強烈上升，不斷冷卻凝結成了雲滴，逐漸形成龐大的雲體。如果在平原，地面受熱不均會產生熱力抬升；若到了山區，氣流爬坡就更容易產生抬升凝結而成雲致雨了。
當雷暴雲襲來，本身就已是「黑雲壓城城欲摧」，還有電閃雷鳴令人不寒而慄。閃電一度被認為是老天的懲罰、上帝的怒氣，直到富蘭克林首次認識到存在正負電荷，並設計風箏實驗想要驗證閃電是不是電。後來，在法國的一個小鎮，有人幫他實現了計劃，成功將閃電的電荷引流到一個酒瓶中，發現那可怕的「上帝之鞭」居然也是電。也就是說，雲是會帶電的。
雲朵之所以帶電，是因為雲內有各種不同尺度及不同相態的水成物粒子（霰、雹、雪花、雨滴、冰晶等）在強烈的上升氣流作用下相互作用，比如離子捕獲、粒子間的碰撞分離等過程，導致了不同尺度、不同表面溫度的粒子攜帶上不同極性的電荷，在氣流和重力作用下發生分離，形成正負不同極性的電荷區。
目前，學界對於起電機制仍然有很多爭論，主要存在以下理論：
粒子起電機制——依賴雲內水成物粒子之間相互作用，主要包括：非感應起電、感應起電和次生冰晶起電。
離子起電機制——綜合考慮雷暴雲內的對流、傳導、離子擴散和湍流擴散等過程引起的電荷生成和輸送。離子起電機制雖然能夠導致雲粒子攜帶不同極性的電荷，但整個起電過程只與晴天大氣中的自由電荷有關。主要包括：離子擴散起電、離子電導捕獲和對流起電。
其他起電理論——破碎起電、凍結起電、融化起電、電暈起電和夾捲起電等。
20世紀初，現代雷暴電學領域兩位奠基人威爾遜（Wilson）和辛普森（Simpson）分別利用不同的探測手段，開始對雷暴雲電荷結構進行研究。為尋找高能粒子發明雲室的威爾遜，是第一個利用靜電場測量來推斷雷暴雲內電荷結構與雷電中和電荷量的人。而辛普森及其同事們開展的雲內電場探空則提供了雷暴雲電荷結構的直接科學證據。
他們利用自由氣球攜帶電暈探針在英國進行了首次雷暴雲內的電場探空實驗，從而推斷出了雷暴雲內的電荷結構。在氣球上升穿過雷暴雲時，他們同時對垂直電場和大氣壓力進行測量，利用氣壓值推算出傳感器所在的高度。根據探空結果，他們推斷雷暴雲內的電荷結構由垂直分層的三個電荷區域構成，即三極性電荷結構：下部是電荷量約+4C的正電荷區，位於暖於0℃的區域；中間是電荷量約-20C的主負電荷區域，位於 0℃和-10℃的區域；上面是一個主正電荷區，電荷量約+24C，對應溫度低於-10℃的區域。
儘管近年來的電場探空表明，雷暴雲內的電荷結構較三極性電荷結構可能要複雜得多，但是三極性電荷結構被廣泛接受了長達近半個世紀。到20世紀90年代，隨著電場探空技術的進步和大量雷暴雲內電場探空個例的積累，表明不同雷暴系統、不同的雷暴發展階段甚至在雷暴系統的不同區域，其電荷結構可能會有差別。但是，時至今日，在很多情況下，單體雷暴雲中的主要電荷區域仍常用經典三極性電荷結構來代表。
（作者：浦雲嬌 作者來自中國科學院大氣物理所LAGEO實驗室雷電研究團隊 責任編輯：唐淼）