구름아래에서 공기가 아주 강력하게 상승할 경우에 구름이 피어 오르는 속도가 아주 빠르다. 이렇게 피어오르는 뭉개구름에서는 천둥번개가 칠 확률이 크다. 구름의 바닥부분은 (-)전기를 땅은 (+)전기를 띠고 있다. 그러다가 어느 순간 구름 아래쪽의 (-)전기가 땅으로 뻗어 내려오기 시작한다. 그냥 내려오는 것이 아니고 길을 찾아 구불구불 선을 그리며 내려온다. 그 가지가 지상가까이로 내려오면 지상에서도 그를 마중나간다. 이렇게 하늘과 땅을 잇는 통로가 만들어 진다. 이 통로를 따라 검푸른 하늘에 벌겋게 빛줄기가 선다. 번개이다.
이 빛줄기에는 1-3백만 볼트의 전류가 흐른다. 이렇게 강한 전류가 흐르는 곳의 온도는 약 3만도 정도이며 기압은 약 100기압정도이다. 이렇게 뜨겁고 강한 빛의 통로가 순간적으로 폭발하며 지축을 울리는 굉음을 낸다. 이 천둥의 소리는 빛보다 느리기 때문에 번개가 친 잠시후에야 천둥소리가 들린다.
천둥번개는 구름속에서 또는 구름과 구름사이에서 일어나기도 하고 위와 같이 구름과 땅사이의 작용으로 일어나는 경우를 낙뢰(벼락)라 한다. 이러한 천둥번개는대개 거대하고 시커먼 뭉개구름이 있을 때 친다. 벼락은 쇠붙이, 큰 나무, 높은 벼랑등에 떨어지는 것이 통례이다. 천둥소리가 가까이에서 들리기 시작하면 금속성장비를 멀리하고 자세를 낮추어 가능한 움푹 파진 곳이나 동굴속으로 몸을 숨기는 것이 안전하다.