我國東北、西北和華北某些地區的人們，偶爾會在夜晚看見北方天空中一種光怪陸離的奇景。它有時像一條蛇遊動於高空；有時像戲院的紅絨幕飄忽於藍天；有時象山後的大火照亮了天際；有時象群羊失散、人馬奔馳；而有時又象寂籟的天穹睜開一隻大眼窺視著人間…。這種在北方天空中於夜晚出現的瑰麗景色，我們叫它北極光。還有和北極光相同的南極光但是，在我國的絕大多數地區看不到它。無論是南極光還是北極光，都是一種自然現象。它是怎樣形成的呢？
1.極光的形成
雖然自古以來人們就注意到這種極光現象，並且毫不厭倦地把它記載在史書裡，但是關於它的形成的理論直到今天還不是十分令人滿意。一般地說，極光的形成和太陽活動、地球磁場以及高空大氣都有關係。
原來，太陽並不象我們肉眼所見的那樣平靜，而是經常處在激烈的活動之中，如出現大陽黑子、耀斑、日珥等，由於太陽中心極高的物質密度和溫度，組成太陽的物質元素還隨時發生劇烈的核反應，釋放出大量的能量。太陽的這類激烈活動，結果是放射出無數的荷電微粒它們象風馳電塑一般湧向宇宙空間。當大量的荷電粒子，如質子、電子進入到地球磁場的作用範圍時，由於受地球磁場的影響，運動方向會發生改變。它們沿著地球磁力線降落到南北磁極附近的高空層，並繼續以每秒360~700公裡的高速鑽入地表大氣層，使該處空氣中的原子和分子受激發，造成發光現象。由於大氣層所含的成分不同，光的色彩就有區別。來自太陽的荷電粒子進入大氣層後，大量被空氣吸收，直到距地面80公裡左右，荷電微粒被耗盡，極光也就消失了。
最近幾年來，還出現一種人造極光。它的整個發射過程和在天空中出現亮光的狀況，頗有點像節日放焰火一般。它是用火箭運載電子槍，電子槍向高空電離層和磁層發射能量電子，這些電子根據其定向速度和地磁場引力而落入北半球或南半球，在那裡形成某種或幾種色彩的極光。不過，目前這種人造極光的範圍很小，時間也很短。
2.亮度、形狀和色彩
它的亮度不等。微弱的極光就像銀河一樣，依稀可辨；而十分光亮的極光，甚至如明月一般耀眼。在一次極光現象中，上下亮度也不盡相同。大約在距其下限5~10公裡的地方最亮，從此處向上或向下其亮度迅速減弱。不僅每一次極光的亮度不同，就是在一次極光中亮度也是隨時變化的。
極光的形狀和運動真是千變萬化，動靜無常。就形態而言，有的如光幕；有的象光冕；有的如光斑、光帶、光弧；有的似光束、光柱。就結構而言，有的是均勻片狀；有的是線狀；有的是斑點構成，加上它不斷的運動就如同流星雨一般。現代的極光分類，也就是根據它的形狀結構和運動來進行的。如分為均勻平靜的光弧；均勻光帶，有時光帶還出現褶曲；脈動光弧，即光弧的某一部分有節奏地以幾秒的周期忽亮忽滅；有射線構造的光帶，射線有長有短，在磁天頂附近時具有光冕形狀；火焰式極光；等等。極光的顏色也隨時變化。一般呈現黃綠色，也有白色，紅色，藍色灰紫色，或兼而有之。這些顏色決定於當時高空的大氣狀況。如原子氧發出黃綠色光和紅光，分子氮發出藍紫色光等由於極光有以上的特點，因此往往會引起觀察者的視力錯覺和離奇的想像。
3.極光的分布
把一年裡看到極光的平均次數相等的各地用一條線連接起來，這條線就稱為極光等頻線。由於地磁極和地理極相差11°，又由於南北極的磁場並不均勻，所以，極光等頻線不正好是地理緯度線，而是圍繞地磁極的一系列並非正圓形的線圈。根據許多人的測定，最大值的等頻線也不在地磁極處，而是距地磁極約22~27°的地方。在這條最大等頻線以南或以北的地方，看到極光的機會就減少了。在我們所居住的北半球，極光最大等頻線值為243，相當於在這些地方每年見到極光的天數約佔全年的2/3，這條線大體通過阿拉斯加北部，加拿大北部，冰島南部挪威北岸，新地島南部新西伯利亞群島南部。我國的黑龍江北部等頻線值為1，即年中只有一天有機會見到極光。內蒙東部、吉林北部、黑龍江南部、新疆北部，十年才有一次機會看到極光。當然，這是統計情況，並不是絕對不變的。一方面，在太陽活動強烈的年分，看到極光的次數會增多；另一方面，由於地球磁場的方向和大小在不斷地起伏變化，所以這種分布也會隨地磁活動而改變。1956年9月7日，我國新疆阿爾泰地區見到一次極光。1964年3月8日，齊齊哈爾市見到一次較大的極光，呈淡紅色，弧形，前後持續6小時之久。
極光通常只出現在南北半球的高緯度地區，但也有罕見的情形，在中低緯度地區有時也能見到極光。如1872年2月4日出現的一次極光，據記載不僅在我國湖北光化縣、河北東光縣等地見到，而且在印度孟買等地從下午11時起到次日日升時止也見到該極光，此次極光並伴隨著強烈的磁暴。本世紀也有幾次在熱帶地區出現的大極光。在一年的時間裡，見到極光最多的時候約在春分、秋分前後，即在三月、九月及其鄰近的月份。
4.豐富的古代記錄
現在，我們如能在北京地區見到極光，那是很難得的事。但是，古代勞動人民在西安、北京、洛陽、甚至於杭州看到極光都比現在要容易得多。這一方面是由於古代絕對沒有像現在這樣多的燈光幹擾；另方面，古代豐富的觀察記錄表明，地磁極在歷史時期中是變動著的，它曾在一個歷史時期內恰好和現在相反，是偏向於我國北部地區的。因此，古代比我們現在見到極光的機會多。
有些史書記下了早在傳說的黃帝時代就可以認為是極光現象的文字。據初步了解，從公元一世紀到十世紀期間，極光記錄約有170多次；十一、二兩個世紀的記載最多，約有145次。《漢書·天文志》記載的公元前32年10月27日的一次極光，是世界上比較早的最精確的極光觀察記錄「孝成建始元年九月戊子，有流星出文昌，色白，光燭地，長可四丈，大一圍，動搖如龍蛇形。有頃：長可五六丈，大四圍所，詘折委曲，貫紫宮西，在鬥西北子亥間。後詘如環，北方不合，留一刻所。」
文中記為「流星」，實際上是極光。「流星出文昌」，是指極光出現的方位，在文昌星座；「白色，光燭地」，是描寫極光的顏色和亮度；「長可四丈，大一圍」和「長可五六丈，大四圍所」』是描寫極光的大小範圍。最初的極光運動變化被描寫為象「龍蛇」一樣，這並非臆想，而是常見的一種極光形狀。在均勻光帶中有一個或幾個褶曲，其寬度和褶曲形式都在隨時變化，這就可以想到我國古代的描述是何等逼真。在不到百字的短文中，記下了甚至符合當代世界上極光觀察站要求的記錄：有時間，出滅狀況，顏色，亮度，運動變化，範圍大小及方位等。觀察地點可能是在西漢的國都長安，也就是現在的西安。
據史書記載，在傳說的黃帝時代曾出現過「大電光繞北鬥樞星（《史記·帝王本紀》），這可能是種光圈式或光弧式的極光。有的記載把一種極光稱為「天開」、「天裂」、 「天開眼」、 「夜，有赤白氣相間，如耕墾竹林之狀」（《舊五代史·晉書·高祖記》），這是許多平行的極光光束。根據許多古代記載看來，我國古代看到的極光比較多的是紅色光幕，古代勞動人民稱它為「赤氣」。我國古代用於記載極光的名稱就有十幾種之多，如叫「天衝」，「檬星」，「天開眼」，「獄漢星」，「旬始」，「格澤」，「蚩尤旗」，「枉矢」（如題頭），「長庚」，「天狗」，「大星如月，眾小星隨之」，等等。並且在世界上最早對極光進行分類和繪圖。
極光是否有聲音呢？這是當前科學家們爭而未決、有待時間來證明的問題。而我國古代的一些記載表明，某種類型的極光是有聲音的。如公元1119年5月11日，夜，西北赤氣數十道亙天，犯紫宮北鬥，仰視星皆若隔絳紗，拆裂有聲，間以黑白二氣，……」（《宋史·五行志》）。但是，有聲極光非常稀罕，在我國幾千年數百次的歷史記載中也只有幾次。
極光是一種地球物理現象，它是研究日地關係的一個重要方面。它和地球物理學、天體物理學以及大氣物理學有密切的關係。我國古代留下來的豐富的極光史料，對於研究歷史時期的太陽活動，地球磁場的變化和磁極位置的歷史變遷，以及研究歷史上氣候的變化規律和地震問題都有一定的參考價值。