Målinger av atmosfærisk elektrisitet er i hovedsak målinger av potensialforskjeller mellom et punkt på jordoverflaten og et punkt i luften over. Atmosfæren har i forskjellige områder forskjellig lokalt potensial, som kan variere med potensialet på jorden med så mye som 3000 volt innenfor 30 meter. Feltstyrken, spenningsfallet per m høydeforskjell, er meget variabel. Ved jordoverflaten er den i gjennomsnitt omkring 130 V/m. Den er større over land enn over hav, større om vinteren enn om sommeren, større i tørr luft enn i fuktig. I tordenvær kan den bli meget stor, flere tusen V/m, og kan da være rettet oppover istedenfor nedover. Feltstyrken avtar med høyden og er ca. 25 V/m i 3 km høyde, og ca. 4 V/m i 10 km høyde. I denne høyden, det vil si i ionosfæren, er luftens ledningsevne mye større enn ved jordoverflaten. Ledningsevnen tiltar med høyden på grunn av ioniserende stråling som kommer inn fra verdensrommet og særlig blir absorbert i høye luftlag. I de høyeste luftlagene virker også kortbølget ultrafiolett stråling fra Solen. For å forklare det elektriske feltet ved jordoverflaten er det ikke tilstrekkelig å vise til at ledningsevnen er liten. Feltet kan bare oppstå fordi Jorden, som er en god leder, har et overskudd på negativ ladning. Feltstyrken svarer til at Jorden har en negativ ladning på 5,8 · 10^5 coulomb eller 3,7 · 10^24 elementærladninger. På grunn av at feltet trekkes stadig negative ladninger oppover, og feltet kan bare opprettholdes om det samtidig tilføres jordkloden negativ ladning. Hvordan dette skjer er ikke helt klarlagt, men sannsynligvis besørges fornyelsen av ladningen vesentlig ved tordenværs-aktiviteten i atmosfæren. En del av strømmen kan skyldes at den delen av den kosmiske strålingen som når jordoverflaten, har et overskudd av negativt ladde partikler. En annen mulig forklaring er at vanndamp i høyere luftlag vesentlig kondenseres med negative ioner som kondensasjonskjerner, og at nedbøren derfor fører med seg negativ elektrisk ladning til Jorden.