Chớp tia gamma địa cầu
Cơ chế

Mặc dù chi tiết của cơ chế hình thành là chưa chắc chắn, nhưng giới nghiên cứu đã có một sự đồng thuận về các điều kiện vật lý để chúng hình thành. Người ta cho rằng các photon của TGF được phát ra bởi các electron di chuyển với tốc độ rất gần với tốc độ ánh sáng va chạm với hạt nhân các nguyên tử trong không khí và giải phóng năng lượng của chúng dưới dạng tia gamma (sự bức xạ hãm hay còn gọi là bremsstrahlung). Lý thuyết cho rằng một số lớn các electron năng lượng cao có thể hình thành do sự tăng trưởng thác lũ bởi các điện trường cưỡng bức, một hiện tượng gọi là thác lũ electron chạy trốn tương đối tính (RREA). Điện trường này có khả năng đã được cung cấp bởi sét, vì hầu hết các TGF đã được chứng minh chỉ xảy ra trong vòng vài mili giây của một sự kiện sét (Inan và các cộng sự, 1996).  Ngoài cái nhìn chung này, các chi tiết không chắc chắn. Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng tương tác electron-electron (Bremsstrahlung)  trước hết dẫn đến sự làm giàu các hạt electron năng lượng cao và sau đó tới sự tăng trưởng số lượng photon năng lượng cao.
Một số khung lý thuyết tiêu chuẩn về sự hình thành TGF có vay mượn từ các lý thuyết của các sự kiện phóng điện liên quan đến sét khác như sét thượng tầng khí quyển bao gồm: sprite đỏ, blue jet và elves, đều đã được phát hiện trong những năm ngay trước các quan sát đầu tiên của TGF. Ví dụ, điện trường đó có thể được tạo ra do sự phân tách các điện tích trong cơn dông (trường "DC") mà thường liên quan đến các sprite hoặc do xung điện từ (EMP) được tạo ra bởi một sự phóng điện sét, hoặc thường được liên hệ tới elves. Ngoài ra còn có một số bằng chứng cho thấy một số đợt TGF nhất định đã xảy ra trong trường hợp không có sét đánh ở đó, mặc dù trong khu vực lân cận có các hoạt động sét nói chung, điều này đã gợi ra sự so sánh với các tia blue jet.
Mô hình trường DC yêu cầu một lượng điện tích sét rất lớn để tạo ra các trường đủ mạnh ở các cao độ cao (ví dụ khoảng từ 50 tới 90 km trên khí quyển, nơi hình thành các spite). Tuy thế, không như trong trường hợp các sprite, những lượng điện tích lớn này dường như không có mối liên hệ nào đối với các tia sét đã sinh ra các TGF được ghi nhận. Vì thế mô hình trường DC yêu cầu TGF phải xảy ra ở những nơi thấp hơn xuống, ở đỉnh đám mây (độ cao 10–20 km) nơi điện trường cục bộ có thể mạnh hơn. Giả thuyết này được xác nhận bởi hai quan sát độc lập với nhau. Thứ nhất, phổ của các tia gamma quan sát bởi RHESSI rất trùng khớp với dự đoán của thuyết chạy trốn tương đối tính ở độ cao 15 tới 20 km. Thứ hai là quan sát chung cho thấy rằng các đợt TGF tập trung nhiều ở các vùng xích đạo Trái Đất hơn so với các tia sét thông thường, và ngoài ra còn có thể tập trung nhiều trên các vùng nước so với các tia sét nói chung. Đỉnh các đám mây dông cao hơn ở gần xích đạo, và do đó các tia gamma sinh ra từ TGF có nhiều cơ hội hơn để thoát ly khỏi khí quyển. Còn có thể suy ra rằng, thật ra có nhiều đợt TGF ở các độ cao thấp hơn và không thể quan sát từ trên không gian hay những nơi cao hơn.
Một giả thuyết khác, mô hình EMP,  trong đó giảm yêu cầu về điện tích sấm sét nhưng lại yêu cầu một dòng điện xung lớn di chuyển ở tốc độ rất cao. Tốc độ dòng xung yêu cầu là rất giới hạn, và tới nay chưa có bất kỳ bằng chứng quan sát trực tiếp nào cho mô hình này.
Một giả thuyết cơ chế khác là các TGF được tạo ra ngay bên trong đám mây dông, trong các điện trường mạnh gần kênh sét hoặc trong các trường tĩnh tồn tại trên một thể tích lớn của đám mây. Các cơ chế này khởi đầu quá trình dựa trên hoạt động cực đoan của các kênh sét (Carlson và các cộng sự, 2010) hoặc do một sự phản hồi mạnh mẽ cho phép các sự kiện ngẫu nhiên ngay cả trên quy mô nhỏ kích hoạt sản sinh TGF.