El calor, la luz, el sonido y la energía eléctrica son todas las formas producidas en un rayo. Los fondos de las nubes generalmente se cargan negativamente, mientras que la tierra debajo de ellos se carga positivamente. Cuando la diferencia de potencial entre los dos se vuelve suficiente para romper la resistencia eléctrica del aire, se producen rayos.
La densidad de energía de un rayo es alta. Un solo perno puede liberar entre mil millones y 10 mil millones de julios con una intensidad de corriente de 30,000 a 50,000 amperios. Los objetos que son golpeados están expuestos a campos eléctricos y magnéticos de alta intensidad. Los rayos que pasan a través de un árbol pueden hacer que su savia se caliente a temperaturas suficientes para la vaporización instantánea, lo que hace que el árbol explote. Estas altas temperaturas pueden hacer que la arena o el suelo debajo del rayo se fusionen, formando estructuras tubulares llamadas "fulguritas".
Los humanos y los animales que son golpeados por un rayo generalmente sobreviven, pero pueden sufrir lesiones traumáticas en sus sistemas nerviosos y órganos internos. La descarga electrostática a alta temperatura a lo largo de la trayectoria de los rayos hace que el aire circundante se sobrecaliente y se expanda explosivamente, causando truenos. Los rayos pueden algunas veces producir radiación de alta energía, como los rayos X. Incluso hay investigaciones en curso, a partir de 2015, que investigan la posibilidad de que un rayo lleve a la creación de antimateria.
