Bliksem is een ontlading tussen negatieve en positieve lading: de aarde onder de onweerbui is positief geladen; de onderkant van de bui is negatief geladen; en de bovenkant van de bui is positief geladen. De bovenkant van de bui is positief geladen omdat bij het bevriezen van het water een ladingscheiding optreedt, waardoor dit wordt veroorzaakt is nog steeds niet duidelijk. De ontlading (negatief) (bliksem in dit geval) wil dus naar beneden en naar boven (naar de twee positieve velden) toe, maar een kwart van de bliksems gaat naar de aarde toe.
Om een flinke ontlading te kunnen maken moet er eerst een bliksemkanaal gemaakt worden, een kanaal dat vol zit met geladenionen, waardoor het geleidend wordt en de bliksem naar de aarde wordt geleid. Want de bliksem kan niet zomaar overspringen, want daar is de lucht een te slechte geleider voor. Zelfs bij een spanning van meer dan 10 miljoen volt kan er nog steeds geenvonk overspringen zonder bliksemkanaal. Er wordt stapsgewijs een kanaal gebouwd door lucht die om de een of andere reden beter kan geleiden dan de rest.
Het begint allemaal met voorontlading. Die zoekt als het ware al een weg voor het bliksemkanaal. Het kanaal kan zich in vele richtingen "voortplanten". Nu kan het kanaal gebouwd worden en komt het dichtbij de grond. Daarna kan er van de aarde een kanaal met positieve lading worden gebouwd dat aansluit op het kanaal met negatieve lading. Dit gebeurt van een zo hoog mogelijk punt (een boom, een flat, een vlaggenstok of een bliksemafleider bijvoorbeeld) dit heet een grondkanaal. Als het grondkanaal gemaakt is dan kan er een grote ontlading komen, dit zien wij als een bliksemflits. Vaak zijn er meer grondkanalen gemaakt maar de bliksem kan er maar door een heen. Vaak vinden er meerdere ontladingen plaats door 1 kanaal.
Ladingsverdeling in een onweerswolk
Bliksem ontstaat door de verdeling van elektrische lading over een onweerswolk. Wat betreft de processen, die grote delen van de wolk een afwijkende lading kunnen geven, zijn er wel 10 theorieën. De ladingsverdeling hoeft op zichzelf nog niet tot het ontstaan van plotselinge ontladingen, de bliksems, te leiden. Er zijn vele lekstromen, die de ontstane ladingsverschuiving tegenwerken, zodat bliksems niet strikt noodzakelijk zijn. Evenmin is zonder meer duidelijk, waarom een ontlading tussen de onderzijde van de wolk en de grond zou optreden, dat wil zeggen de blikseminslag. Wat dit laatste betreft moeten we bedenken, dat de aarde een goede geleider is en dat gelijknamige elektrische ladingen elkaar afstoten. Omdat in de meeste gevallen de negatief geladen wolken zich onderaan bevinden, zullen onder de wolk de elektronen in de aardkorst verdreven worden, zodat de aarde plaatselijk een positieve lading krijgt. Onder de wolk heerst daarom een sterk elektrisch veld, dat omhoog gericht is. De elektrische spanningin dat veld is echter 100 à 1000 keer te klein om een ontlading mogelijk te maken. Dedoorslagspanning van lucht is namelijk 3 miljoen volt per meter. In zeldzame gevallen treedt ook een omgekeerde ladingsverdeling op, met een positieve lading aan de onderzijde van de bewolking en bijgevolg een negatieve lading aan het aardoppervlak. In dat geval spreekt men van een positieve bliksem als er ontlading optreedt.
Vonk en kanaal
Als gevolg van de onregelmatige verdeling van de ladingen in de wolk kan plaatselijk wel enige vonkvorming optreden. Hierdoor vindt dan ionisatie plaats waardoor de geleiding sterk toeneemt. De hoogste potentiaalverschillen verplaatsen zich daardoor naar de tip van het geleidende kanaal. Daar vormen zich weer vonken en herhaalt zich het proces. Deze kettingreactie leidt dus tot een zichzelf voortplantend geleidend kanaal, de zogenaamde voorontlading. Overigens heeft dit 'kanaal' een doorsnede van slechts enkele centimeters. De voorontlading groeit zo stootsgewijs in stappen van enkele tientallen meters in de richting van de grootste spanningsverschillen (stepped leader). Soms treden bij dit groeien vertakkingen op.
Een echt grote stroom loopt er nog niet: de (negatieve) lading schuift af en toe iets verder op in het geleidende kanaal, waarbij dat kanaal telkens iets oplicht. De daalsnelheid van de voorontlading is 'slechts' zo'n 1500 kilometer per seconde.
Een of meer takken van de voorontlading kunnen dicht bij de grond komen, op 50 tot 100 meter hoogte. Het kanaal heeft dan ongeveer de elektrische spanning van de wolk en de veldsterkte (volt per meter hoogteverschil) boven de grond loopt dus enorm op. Met name boven spitse punten is er dan geen sprake meer van rustige ionisatie gepaard gaande met Sint Elmusvuur, maar eerder van krachtige vonkvorming, die zich in de richting van het naderende voorontladingskanaal spoedt. Men noemt dit om begrijpelijke redenen de vangontlading.
Hoofdontlading
Als de vangontlading contact maakt, is er een soort kortsluiting ontstaan tussen de ladingscentra in wolk en aarde. Te beginnen bij het contactpunt gaan elektronen dan in grote aantallen sneller bewegen. Even later vult deze sterke stroom het hele kanaal. Men noemt dit de hoofdontlading of soms ook wel de 'terugslag' (return stroke). Dit verschijnsel, dat met hevig oplichten gepaard gaat, verplaatst zich met ca. 100.000 tot 150.000 km/s van de aarde naar de wolk. In het hier geschetste voorbeeld bewegen de elektronen omlaag en in ons spraakgebruik wordt dan de stroomrichting omhoog gerekend. De elektrische stroom loopt immers van plus naar min, tegengesteld aan de elektronen.
Nieuwe ontlading
Dit is nog niet alles. Als de bliksem uitdooft, vindt er een snelle herverdeling van lading in de wolk plaats omdat alle bereikbare lading verplaatst is. Het kanaal wordt dan vaak opnieuw gebruikt, allereerst door een nieuwe, snelle, nu onvertakte, voorontlading, en vervolgens door een nieuwe opwaartse hoofdontlading. Niet zelden herhaalt zich dit alles enkele malen. Wat wij dus als een bliksem waarnemen, bestaat dus vaak uit een aantal zogenaamde 'deelbliksems'. 
Aantal blikseminslagen per km²/jaar bron: NASA
