首先我們需要知道，極光是來自地球磁場或太陽的高能帶電粒子流使高層大氣分子或原子激發而產生的。
根據能量最低原理，激發態是不穩定的，被激發的原子等一段時間後(這段時間稱為壽命)會釋放出一定能量的光子，然後回到穩定的基態，這一過程中放出的光就是極光。而大氣分子主要是由什麼構成的呢？沒錯，主要是氮氣和氧氣。
根據我們上面的闡述，極光顏色主要靠激發態決定，也就是由大氣分子的組成以及入射電子能量大小決定。
當入射電子能量不太大時，氧原子容易被激發，最終產生的光波為557.7納米的淡綠色光。而能量較大時，氮原子容易被激發，最終產生427.8納米的藍色光。能量很大的時候，630納米的紅光容易發出。
雖然高層內空氣密度小，但是碰撞對於壽命長的激發態而言依然是有巨大影響的，比如，630 納米的紅光壽命約為110秒，而處於這種激發態的原子，只要被其他原子碰撞，激發態就會改變，再躍遷回基態時發出的光的顏色也會隨之改變，不會再是紅光了。而557.7納米的淡綠色光壽命為1秒左右。
人眼可以觀測到的較低層大氣空氣密度相對高層較大，碰撞較多，因此人們看到的極光多為綠色光。