Учёные объясняют появление полярного сияния с точки зрения физики так:

Представим Землю как большой магнит, южный полюс которого располагается вблизи северного географического полюса, а северный — вблизи южного. 1 Силовые линии магнитного полюса Земли выходят из области северного магнитного полюса, охватывают планету и входят в неё в области южного магнитного полюса Земли. 1

Это связано с солнечным ветром — потоком высокоэнергичных электронов и протонов, постоянно излучаемых Солнцем, резко увеличивающимся по интенсивности во время вспышек на Солнце. 1 Налетая на магнитную оболочку Земли, потоки заряженных частиц приводят к сжатию магнитных силовых линий со стороны Солнца и их оттягиванию в противоположном направлении, образуя у Земли магнитный хвост. 1

Частицы солнечного ветра, главным образом протоны и электроны, захватываются магнитным полем Земли и увлекаются по винтовым траекториям вдоль силовых линий к Южному или Северному полюсу. 4

В результате столкновений потоки частиц сталкиваются с атомами атмосферного газа — атомами кислорода, азота и другими. 4 В результате столкновений электроны атомов азота и кислорода на время переходят в «возбуждённое» энергетическое состояние. 4 После их возвращения в нормальное энергетическое состояние, некоторая часть высвобожденной энергии излучается в виде фотонов света с разной длиной волны. 4

Цвет полярного свечения зависит от того, молекулы какого вещества возбуждены больше: кислород придаёт жёлтый и зелёный цвета, а азот — красный и фиолетовый. 2