Calor, luz, som e energia elétrica são todas as formas produzidas em um raio. A parte inferior das nuvens normalmente fica carregada negativamente, enquanto a terra abaixo delas fica carregada positivamente. Quando a diferença de potencial entre os dois se torna suficiente para quebrar a resistência elétrica do ar, ocorrem relâmpagos.
A densidade de energia de um raio é alta. Um único parafuso pode liberar entre 1 bilhão e 10 bilhões de joules com uma intensidade de corrente de 30.000 a 50.000 amperes. Os objetos atingidos são expostos a campos elétricos e magnéticos de alta intensidade. O relâmpago que passa por uma árvore pode fazer com que sua seiva aqueça a temperaturas suficientes para a vaporização instantânea, causando a explosão da árvore. Essas altas temperaturas podem fazer com que a areia ou o solo abaixo do raio se fundam, formando estruturas tubulares chamadas "fulguritos".
Humanos e animais atingidos por raios geralmente sobrevivem, mas podem sofrer lesões traumáticas em seus sistemas nervosos e órgãos internos. A descarga eletrostática de alta temperatura ao longo do caminho do relâmpago faz com que o ar circundante superaqueça e se expanda explosivamente, causando trovões. Os relâmpagos às vezes podem produzir radiação de alta energia, como raios-X. Há até pesquisas em andamento, a partir de 2015, investigando a possibilidade de raios levarem à criação de antimatéria.
