Un rayo es una descarga eléctrica masiva que se produce cuando la diferencia de potencial entre dos regiones de la atmósfera (o entre la nube y el suelo) supera la capacidad aislante del aire. El canal del rayo alcanza temperaturas de 30.000 °C (cinco veces la superficie del sol), lo que calienta el aire explosivamente y genera la onda de sonido que percibimos como trueno.
El proceso comienza dentro del cumulonimbus: la colisión entre cristales de hielo y gotas de agua superenfriadas separa las cargas (positivas arriba, negativas en la parte inferior). Cuando el campo eléctrico es suficiente, se inicia un trazador escalonado (stepped leader) que desciende desde la nube en zigzag. Al acercarse al suelo, una descarga ascendente parte desde un punto elevado (árbol, edificio, persona) y al conectarse, se produce el arco de retorno (return stroke) — el destello visible — que puede repetirse varias veces en milisegundos (relámpagos múltiples).
Alrededor de un 75 % de los rayos son intranube (no llegan al suelo). Los rayos nube-suelo transportan corrientes de 20.000-200.000 amperios. Causan unas 2.000 muertes al año en el mundo (1-2 en España). Para protegerse: buscar refugio en un edificio sólido o un coche (actúa como jaula de Faraday), alejarse de árboles aislados, postes y crestas, y agacharse si se está en campo abierto. La red de detección de rayos de AEMET localiza cada impacto en tiempo real con precisión de metros.