Birkeland simulerte nordlys i sin «terrella», der den kuleformede magneten som forestilte jorden var innelukket i en glasskasse som kunne tømmes for luft (et vakuumkammer), sammen med et katodestrålerør som var modellens «sol». Han observerte at katodestrålene (som senere ble identifisert som elektroner) skapte en lysglød i områdene omkring polene på terrellaen. Birkeland trodde at strålingen som forårsaket nordlys kom fra solen, siden det var observert mye nordlys i forbindelse med solflekkaktivitet. Birkeland brukte en rekke terrella-kuler i sine eksperimenter, med en diameter fra 2,5 til 36 cm. Kulene var ikke permanentmagneter, men elektromagneter plassert i hule kuler av messing eller aluminium. Birkeland konstruerte flere terrellakammere. En av dem er restaurert til fungerende stand i Tromsø.