北极光的形成与太阳活动密切相关，太阳活动活跃期，太阳会产生大量高能粒子，这些粒子在地球大气层中被地球磁场引导，最终汇聚到极地地区，地球磁场类似于一个漏斗，尖端对准地磁南极，而南极则对着地磁北极，这种引导作用使得高能粒子沿着磁场线向下积累,最终在极光区形成。
北极光的颜色和亮度与参与的高能粒子能量和数量密切相关，这些粒子具有约1伏特的能量，当它们与大气中的氧和氮原子碰撞时，会释放出特定的光谱线，如氧的绿色和红色光，而氮则释放出紫、蓝和深红色等,这些光学成分构成了极光的绚丽色彩。
在地球大气层中，这些光子的能量和数量决定了极光的强度，极光的形成是地球磁场与太阳活动相互作用的结果，这使得极光在地球表面上呈现出独特的动态变化，极光通常呈现出带状、弧状、幕状或放射状的形状,并且这些形状在时间上可能呈现连续性或稳定性。
极光的出现高度与地球磁场和太阳活动密切相关，极光区通常位于离地磁极约25°-3°的地区，称为极光区，在这些区域，地球磁场对高能粒子的引导作用使其更容易汇聚到极光区,从而形成美丽的极光。
根据科学研究，极光区的形状并不是一个完美的圆形，而更接近于卵形，这一特点使得极光现象在极光区呈现更为显著，极光的光谱线范围约为31-67埃，其中最显著的光谱线是氧原子的绿色光线,被称为极光绿线。
北极光的出现高度通常在约11公里以上，而正常极光区的边界则可能达到3公里，极端情况下，极光可能出现在更高的高度，甚至超过1公里，1959年首次观测到的北极光高度可达16公里,宽度甚至超过了48公里。
极光的出现不仅是天文学界的奇观，也是科学研究的重要课题，人类对北极光的观察与研究具有重要意义，北极光的出现往往伴随着太阳活动的频繁爆发,这使得其成为太阳活动的一个重要指标。
北极光的形成机制是一个复杂的科学问题，尚未完全弄清，许多科学家通过研究极光的形成过程，试图理解太阳活动如何影响地球磁场和大气层,从而为理解太阳系的演化提供了重要线索。