大气中的电磁现象种类不少，古代能够观察到的主要是雷电、地光与极光。
雷电是大气中最常见的电现象。在甲骨文、金文中就有“雷”字与“电”字。当时的“电”字是指闪电而言。人们对于雷电这一动人心魄的自然现象，开初是十分畏惧的。后来逐步能以阴阳理论加以解释了。《淮南子·地形训》认为：“阴阳相薄为雷，激扬为电。”东汉王充专门写了一篇“雷虚篇”，来驳斥“雷为天怒”等有神论观点，认为雷电无非是阴阳二气斗争的表现。他描写夏天阴阳二气的作用说：那时阳气占支配地位，阴气同它相争，结果便发生碰撞、摩擦、爆炸与激射，因此就形成为雷电。王充还用冷水骤然浇到烈火中所发生的现象，来形象地比拟雷电：试以一斗水灌冶铸之火，气激迸裂，若雷之音矣。他举出五种证据来说明雷在本质上就是火。
唐代，人们对雷与电的关系作进一步的说明，孔颖达在《左传》“疏”里，说“电是雷光”。后来，有人还说，“雷电者，阳气也，有声名曰雷，无声名曰电”。在这一点上讲得最分明的是宋代的陆佃，他在《埤雅》一书中说：“电，阴阳激耀，与雷同气发而为光者也。”并且说阴阳相激，“其光为电，其声为雷”。他还用铁与石相击所产生的火星与声响去比喻电和雷。宋代周密的《齐东野语》一书，说得更加形象，他认为阴气凝聚，阳气被包围在里面，一下子爆炸起来，结果就“光发而声随之”。对于雷电威力的巨大，朱熹有个解释，他说雷电是“阴阳之气，闭结之极，忽然迸散出”。这里着重于闭结之“极”与迸散的“忽然”，是值得注意的。以今天的眼光看，就是说极大的能量在极短时间内爆发。明代的刘基有一段话，对雷电解释得最全面、生动。他说：“雷者，天气之郁而激而发也，阳气团于阴，必迫，迫极而进，进而声为雷，光为电。犹火之出炮也，而物之当之者，柔为穿，刚必碎，非天之主以此物激人，而人之死者适逢之也。”他对雷电成因的解释，基本上继承前人的说法，可是他用炮弹出膛来比喻是很形象的，指出了人之被击毙，乃是“适逢之”，并非什么天意的惩罚，是一种科学的态度。
应当指出，这些解释之中的阴阳，并不是正负电荷。在古代也根本不可能产生现代科学中的电概念。所有这些解释，也只能使我们看到阴阳理论的一些科学因素及其生命力而已。
古代对落雷现象也有一些记录。《南齐书·五行志》记载公元490年会稽山阴恒山保林寺为雷所击，注意到“电火烧塔下佛面，而窗户不异也”。宋代沈括《梦溪笔谈》有一段描写李舜举家遭雷击：“其堂之西室，雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔。有一木格，其中杂储诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚，钢就刀室中熔为汁，而室亦俨然。”这两条记载都注意到佛面所敷的金粉、银扣、钢等金属经雷后都要发热熔化，而窗户、漆器等无损。南宋庄绰在其所著的《鸡肋篇》中也举出亲见的事实，说“与沈（括）所书盖相符也”。到了明代方以智更加明确地总结为“雷火所及”，金石销熔，而漆器不坏”的规律。所有这些可以说已隐隐指出导体与绝缘体两类物质在电学性能上的差异。尤其是沈括特别指出了“人必谓火当先焚草木，然后流金石。今乃金石皆铄，而草木无一毁者，非人情所测也”。有了概括性的阐述，但是无法理解。我们当然不能要求那时能够出现导体、绝缘体一类的概念。
值得注意的是，古代在很早的时候还观察到大气中的尖端放电现象。据《汉书·西域传》记载，士兵们曾见到“矛端生火”。东晋干宝的《搜神记》也说话，部队营寨，夜间“戟锋皆有火光，遥望如悬烛。”矛、戟等都是古代长杆兵器，例如矛，就有三五米长，直立的时候，其锋刃就是一个高高竖起的金属类端。当带电云层较低，经静电感应，就能引起类端放电而发光的现象。据后来的记载，这种现象也见之于许多高耸的建筑物的顶端。例如明代“万历三十九年（1611）六月十三日，夜，东塔放金光，若流星四散”（光绪《加兴府志》）。这类记载很多，大约是尖端放电现象。它是感应电荷通过尖端陆续、缓慢地释放，可以避免骤然的爆发，从而起了避雷的作用。实际上这就是避雷针的基本原理。我国在三国与南北朝时期古书中，就出现“避雷室”一词，但没有详细的记载。法国旅行家卡勃里欧别·戴马甘兰游历中国之后，于1688年写了一部《中国新事》，里面说：“当时中国屋宇的屋脊两头，都有一个仰起的龙头，龙口吐出曲折的金属舌头，伸向天空，舌根连接着一根很细的铁丝，直通地下。这种奇妙的装置，在发生雷电的时候，就大显神通，若雷电击中了屋宇，电流就会从龙舌沿线下行地底，起不了丝毫破坏作用。”在我们的古代建筑里，确有这样的脊头装饰，但究竟是不是一种有意识的设计，实在还不敢断定。不过，也确实有些值得注意的地方：第一，我国古代对于尖端放电的现象已有某些认识；第二，唐代王睿《炙毂子》上有一段记载说，汉代的古建筑柏梁殿遭火灾，有个搞巫术的人建议把瓦做成鱼尾形状，放在屋顶上，就可以防止雷电引起的天火，这个脊头饰物可能是为了避雷而设计的；第三，除了这种屋脊饰物之外，还有些高层建筑的部位结构值得注意，比如塔的顶尖往往敷上一层金属膜，那直达地下的塔心柱所采用的往往是比较易于导电的木料，塔心柱下端又有贮藏金属的“龙窟”，这也许可以起了避雷的作用。有些高大的殿宇也有所谓的“雷公柱”等设施。用这一切去分析，《中国新事》的记载也许不是凭空捏造的。当然，这个问题还不能最后下结论，有待于更多证据的发现。
发生地震之前，地面会出现一种类似闪电的亮光，称为地震电光，简称地光。它的成因至今还不甚清楚。大致说来，是在强烈的地震及其前后，震源及附近岩层的电场强度往往增强，大气的电场强度也跟着增强。同时，地震活动使地下大量气体沿裂缝进入大气。这些气体在地壳中上升时，被地壳的电场所电离，进入大气，更增强了大气的电场。当大气电场强大到某种程度，就能使空气放电而发出亮光，这就是地光。
我国古代关于地光的记载，以各地方志里为最多，例如：
《成都志》记载：公元293年2月4日，成都发生地震之前，“有火光入地”。
《万历实录》记载：公元1509年5月26日夜里，“武昌府见碧光闪烁如电者六、七次，稳稳有声如雷鼓，已而地震”。
《正德实录》记载：公元1513年12日30日，四川隽县“有火轮见空中，声如雷，次日戊戌地震”。
《江陵县志》记载：公元1613年8月15日深夜，湖北江陵发生地震之前“天忽通红”。
《沅江县志》记载：公元1637年4月3日湖南沅江发生地震前，“子时天响有光，移时地震一刻”。
《颖上县志》记载：公元1652年3月24日，安徽颖上地震发生时，“红光遍邑”。
《溧阳县志》记载：公元1846年秋天，江苏溧阳地震前，“有赤光自北而南”。
所有这些文字里的“火光”、“电火”、“红光”、“赤光”、“碧光”等等都是古人形容地光的名词。上述这些记载是如此确切、生动，它们是科学史上极其珍贵的资料。它们的意义在于地光能够反映岩层的活动，和地震有着密切的内在联系，尤其是有助于临震预报。
极光有北极光和南极光。我国地处北半球，故只能看到北极光。一般来说，高纬度地区看到极光的机会比较多，但在中低纬度地区偶尔也可以看到，不过亮度要弱得多。
一般认为极光的原因在于：太阳发射出来的无数带电粒子受到地球磁场的作用，运动方向发生改变，它们沿着地球磁力线降落到南、北磁极附近的高空层，并以高速钻入大气层，这些带电粒子跟大气中的分子、原子碰撞，致使大气处于电离并发光，这就是极光。各种原子发出不同的色光，所以极光呈现五彩缤纷的颜色：一般为黄绿色，也有白色、红色、蓝色、灰紫色，或者间而有之。
我国古代关于极光的记载很早。远在几千年前传说的黄帝时代曾出现过“大电光绕北斗枢星”。《竹书纪年》记录了大约发生在公元前950年的一次极光：“周昭王末年，夜清，五色光贯紫微。其年，王南巡不返。”描述了极光的时刻、方位和光色，是我国最早而翔实的极光记载，比西方早了600年！
我国古代关于极光的记载是很丰富的。当时没有极光的名称，而是根据各种极光现象的形状、大小、动静、变化、颜色等分别加以称谓。这种分类命名法，最早见于《史记·天官书》，可见至少已有2000多年的历史了。清顺治九年（1652），黄鼎的《管窥辑要》卷十六“祥异”部分就绘有极光的草图，其中有些图绘制得很好，与现代极光摄影几乎完全一样，但也有些图是牵强附会的。
极光是研究日地关系的一项重要课题，它跟天体物理学和地球物理学都有密切的关系。特别是在古代，既无精密的天文仪器观察太阳活动，又无仪器记录地磁、电离层各种扰动情况，所以古代记载下来的极光史料可以说是无价之宝。它可以帮助人们了解过去太阳活动、地磁、电离层等变动的规律，还可以探讨古地磁极位置的变迁过程。