وقتی ذرات باردار پُر انرژی از بادهای خورشیدی وارد جو زمین می شوند، به سمت قطب ها بوسیله ی نیروی مغناطیسی هدایت می شوند. که باعث می شود در امتداد خطوط مغناطیسی این ذرات در حرکت رفت و برگشت چرخشی باشند. این ذرات آن قدر انرژی دارند که مولکولهای هوا را یونیزه کنند و تعداد قابل توجهی از اتم ها و مولکول ها به حالت برانگیخته گذار کنند. وقتی به حالت پایه ی خود برمی گردند نور گسیل می کنند. نورهای قرمز و سبز حاصل از اتم های اکسیژن هستند که در قطب دیده می شوند.
شکل 1 و 2. مسیر ذراتی که وارد جو زمین می شوند. و نمایی شماتیک از میدان مغناطیسی زمین
اتم های نیتروژن هم در نورهای قطبی برای مثال اتم نیتروژن هم در این پدیده نقشی دارد. برای مثال رنگ های قابل رویت نیتروژن را در اتم نیتروژن می توان دید. نزدیک قطب شمال شب ها شفق شمالی دیده می شود، و نزدیک جنوب هم شفق جنوبی.
شکل3. نمایی شماتیک از فرود ذرات در جو و گسیل نور در ارتفاع های مذکور
تصاویری که می بینید از ماهواره های مدارگرد گرفته شده و دیدن این پدیده از بالای جو بسیار دیدنی است.
شکل 4. نمایی از یک شفق قطبی در جنوبگان
شکل5. نمایی از یک شفق در سیاره ی مشتری