Norrsken uppstår när laddade partiklar slungas ut från solen och träffar atmosfärens yttersta skikt. När partiklarna når jordens yttersta atmosfär kolliderar de med de molekyler och atomer som finns i atmosfären. I samband med kollisionerna hamnar atomerna i ett mer energirikt tillstånd. När atomer och molekyler sedan återgår till sina normala tillstånd avger de den extra energin genom att sända ut ett ljus, vilket sedan visar sig som ljusfenomen kring polerna – norrsken och sydsken.

För att se norrsken måste det vara mörkt och klart väder eftersom molnen ligger på en lägre höjd än norrskenet.