På grunnlag av hundrevis av målinger delte Birkeland de geomagnetiske forstyrrelsene inn i tre kategorier: Polar elementærstorm, ekvatorial elementærstorm, og syklomediane stormer. De to første opptrer som positive og negative, alt etter som den nordsørlige komponenten av jordens magnetfelt forsterkes eller svekkes. Birkeland hadde en spesiell evne til å se mønstre i store datamengder, å se sammenheng mellom observasjoner i laboratoriet og målinger i felt. Dette kom godt med for disse analysene.