Şimşek ve yıldırım, çoğu zaman birbirleri ile karıştırılsa da ikisi farklı şeylerdir. Şimşek oluşumu elektrik yüklü bir bulutun başka bir bulut ile arasındaki tepkimedir. Yıldırımsa bulut ve yeryüzü arasındaki elektrik boşalması olarak tanımlanır. Genel olarak şiddetli yağmurlar ile birlikte ortaya çıkan yıldırımlar zikzak biçiminde bir yol takip eder ve kollar şeklinde aşağıya doğru iner. Gök gürültüsü ve şimşekten yıldırım meydana gelir.
Bir bulut kümesi, aşırı miktarda pozitif ve negatif elektrik yüküyle dolduğunda, oluşan ve çıplak gözle de görülebilen elektrik boşalması şimşek olarak adlandırılır. Elektrik yükünün hava direncini kırabilecek güçte olması şimşek oluşabilmesi için gerekli bir unsurdur. Enerji akımı diğer bulut türlerinde de görülebilirken, şimşek ve yıldırım yalnızca kümülonimbüs bulutlarında oluşur. Kümülonimbüs bulutları ise kümülüs bulutlarının dikey yönde gelişerek büyümesiyle oluşan fırtına bulutlarıdır.
Bir yıldırım atmosferdeki elektrik yüklü fırtına bölgeleri ve yeryüzü arasında meydana gelir ve bu ikili arasında seri bir yük boşalması gerçekleşmesi yıldırım oluşumuna neden olur. Fırtına bulutu milyonlarca voltluk bir elektrik potansiyeline ulaşabilmektedir. Dünyada her dakika boyunca ortalama 6 bin defa tekrarlanabilen bu olay sırasında binlerce amperlik elektrik akımı meydana gelir.,
Devasa boyutlarda gerçekleşen elektrik yükü akışı sırasında, hava iyi bir iletken olmadığı için yıldırım doğrusal bir şekilde ilerleyerek doğrudan yeryüzüne ulaşamaz. Bu nedenle yıldırım, en kısa yolu takip edemez ve gökyüzünde kıvrımlı, düzensiz şekiller oluşturur. Bu doğa olayı, oluşan hareketlerle birlikte çıplak gözle izlenebilir hale gelir.
Bir doğa olayı olarak gerçekleşen yıldırımlar, yeryüzü ile tepkimeye geçerek elektrik boşalması oluşturur. Ancak hava iyi bir iletken olmadığından, yıldırım doğrusal ilerleyemez ve zikzaklar çizerek en kısa yolu izlemeye çalışır. Bu düzensiz ve yön değiştirmeli hareket tarzına “basamaklı ilerleme” ya da “kademeli ilerleme” adı verilir.
Kademeli ya da basamaklı ilerlemeye neden olan her adım, yaklaşık 50 metre uzunluğundadır. Bu adımların her biri, saniyenin milyonda biri kadar kısa bir süre için ışık saçar. Yıldırım, bir adımı tamamladıktan sonra yeni bir adım oluşturmak için yaklaşık 50 mikrosaniyelik bir bekleme süresine ihtiyaç duyar. Halk arasında bu adımlar "zikzak" olarak adlandırılsa da, yıldırım aslında basamaklar oluşturarak ilerler. Yeryüzüne yaklaşırken çizdiği yol, bu nedenle zikzak gibi görünür.
Yıldırımlar, havada zikzak desenleri oluşturmalarıyla karakterize edilir. Yere doğru ilerlerken, atmosferde biriken ve yüksek iletkenliğe sahip oksijen formu nedeniyle yıldırım, doğrusal değil, basamaklar halinde ve zikzak şeklinde bir yol izler. Bu durum gökyüzünde karakteristik yıldırım desenlerinin oluşmasına neden olur.
Oluşumu sırasında devasa yük akışlarına neden olan yıldırımların havadan ihtiyacı olan iletkenliği alamaması yıldırımı düz ve doğrusal değil, kademeli ve zikzak biçiminde bir yolculuk yapmaya zorlar. Gökyüzünde yıldırım oluştuğu zaman meydana gelen ve çıplak gözle görülen zikzak şekillerinin kaynağı da bu durumdur. Bulut ve yer arasında gerçekleşen yüksek gerilimli bir elektrik boşalması olan yıldırım aslında zikzaklı değil kademeli bir yol izler.