Un rayo puede viajar a velocidades de 60 000 metros por segundo, y puede alcanzar una temperatura cercana a los 30 000 grados centígrados. Los rayos calientan rápidamente el aire de sus alrededores inmediatos a unos 20 000 grados centígrados, aproximadamente tres veces la temperatura de la superficie del sol ‒aunque vale aclarar que las capas más profundas del Sol pueden alcanzar los 15 millones de grados centígrados‒. Esto comprime el aire circundante y crea una onda acústica que se escucha como un trueno.

Un rayo puede generar una potencia instantánea de 1 gigavatio-hora (mil millones de vatios),​ pudiendo ser comparable a la de una explosión nuclear. Cada año se registran 16 000 000 de tormentas con rayos.

Predominantemente, los rayos son producidos por cargas positivas en la tierra y negativas en nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos. Cuando un cumulonimbo alcanza la tropopausa (la zona de transición entre la troposfera y la estratosfera), las cargas positivas de la nube atraen a las cargas negativas; este movimiento de cargas a través de la atmósfera constituyen los rayos.

El rayo de mayor duración fue registrado en marzo del 2018 en el norte de Argentina y duró 16.73 segundos. En octubre del 2018 se registró en Brasil el de mayor extensión horizontal a nivel mundial con 709 km de longitud.

La disciplina que, dentro de la meteorología, estudia todo lo relacionado con los rayos se denomina ceraunología.

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