事实上，网上流行的解释是比较浅的。只是真要深入解释，需要一定的等离子体物理基础知识。
最简单的一层，带电粒子从南北两极的磁力线进入撞击氮氧原子，激发跃迁发光。这也是最常见的解释。
一般科普解释到这一层也够了，但是事情当然没有那么简单。
带电粒子是哪里来的？是如何进入大气层的？事实上，产生极光的根本不是一般意义上的太阳高能粒子，即太阳质子事件。
太阳风从日侧吹来，可极光为什么在夜侧更强？为什么偏偏是极区？如果说过极区粒子更容易沿着磁力线进入，那为什么极光主要区域不是极点附近而是60度附近的极光带？为什么南北两极会对称出现极光？
先上主要结论：极光主要来自磁尾粒子沉降。来自太阳风和电离层的粒子堆积在磁尾，在磁重联中被释放，加速产生能量粒子，沿磁力线沉降。
为了深入解释，我们需要一些基础知识。数学推导可以跳过只记结论。
地球磁场可以近似为一个偶极场，也就是一个条形磁铁。偶极场中的粒子运动大致可以分为回旋，弹跳，漂移三种。回旋就是高中生们喜闻乐见的磁场中圆周运动。在非均匀磁场中，我们可以将粒子运动分解为回旋和回旋中心的运动。圆心会沿着磁力线在地球两极来回弹跳，称为弹跳（bounce）。圆心还会绕着地球转，称为漂移（drift）。
由理论力学，我们知道缓变系统中的（准）周期性运动对应一个绝热不变量/浸渐不变量。其中回旋运动对应磁矩守恒。数学表达式如下。
我们定义投掷角（ptich angle）为粒子运动方向与磁力线夹角。则有
由这个公式我们可以看到，粒子沿着磁力线运动时，粒子进入磁场更强的区域，比如极区，垂直于磁场方向的动能要增大。我们知道磁场对粒子不做功，那么这些动能只能来自平行于磁场方向的能量。于是粒子将在某一点完全失去沿着磁力线的速度，被反弹，称为磁镜。粒子就这样在两极来回反弹，称为弹跳。从公式中可以看出，粒子投掷角越小，越能深入磁场。
(磁镜效应也可以用于约束粒子，在核聚变相关科普中常常可以看到)
从上面的分析我们可以看出，粒子要沿着磁力线深入极区，下降到大气高度并非那么容易的事。事实上，开放磁力线对应的区域根本就不是极光的主要区域。极光的主要区域称为极光椭圆带，是磁尾区域磁力线的足点，并不在极点附近的极盖区。
等离子体，是一个带电粒子体系，自然受到电磁场的影响。不过，电场会导致正负电荷分离，产生很强的回复力，正常来说，等离子体要保持中性。因此主要是磁场控制着等离子体。这也是为什么偏偏是“磁约束”核聚变。
（倒也有静电约束，更接近于玩具，媒体咋咋呼呼“国外天才少年造出反应堆”多半就是静电约束聚变。）
在无碰撞等离子体中，流体元会被锁定在磁力线上共同运动，称之为“磁冻结”。
数学描述如下
在流体元参考系中，有 ，变换至静止系下有
忽略推广的安培定理中的位移电流项，两边取旋度，
则
右边第一项描述了磁场的“扩散”。而第二项，我们回想流体力学中的面积元随体导数，显然第二项和左边的导数项可以组合为一个类似的形式。若等离子体电导率为无穷，第一项可忽略，则方程 描述了某一面积元上的磁通量不变。
（学过流体力学的可能已经想到了开尔文定理和亥姆霍兹定理，数学形式是共通的。）
磁力线和物质耦合在一起，当物质携带着相反方向的磁力线相遇，磁力线拓扑形态会改变，磁冻结被破坏，磁能会以动能热能的形式释放出来。
具体来说，方向相反的两磁力线靠得足够近时，它们中间由于磁场旋度将有一个电流片，当这个区域的电流或磁能高到某种程度，将会触发等离子体不稳定性，磁冻结被破坏，磁场能量释放。磁重联是空间物理诸多现象的能量来源，比如耀斑。
地磁场控制的等离子体所在的区域，称为磁层。太阳风会撞上地球磁层并被减速，形成弓激波和磁鞘。磁层内的物质与太阳风物质之间有一个界面，称为磁层顶，正常情况下，物质不会跨过这个界面。不过由于磁层磁场位形的原因，磁层存在一个漏洞，极尖区，太阳风粒子可以从这里直接进入，形成日侧极光（不过不是最常见的极光形成原因）。在磁层的“尾部”，还存在着一个从晨侧向昏侧的电流，称为越尾电流。
太阳风携带着磁场一起运动，这是我们刚刚说过的磁冻结。然后在太阳风的作用下，日侧的磁层被压缩，而夜侧磁力线被拖曳向夜侧（磁冻结），导致磁层变成了泪滴状。磁层，顾名思义是磁层尾部（图右侧），也就是夜侧。我们可以看到，图中的磁尾的磁力线有的是闭合曲线，有的则无限延申。磁层中的磁力线都与地球连接，而不同的磁层区域的磁力线足点在不同区域不同纬度。比如磁尾的开放磁力线，在更接近于极点的极盖区。而极光带，其实对应的是闭合磁力线区域或闭合和开放的边界区域。
在太阳活动强烈时，首先在磁层顶发生磁重联向地球磁层输入能量。地球磁场在赤道是北向的，因此在行星际磁场为南向时，磁层顶相反磁场发生磁重联，这些能量的一部分会沉积在磁尾。随后，当磁尾的相反磁力线发生磁重联，或者越尾电流中断，粒子开始沿着磁力线向地球运动并被一个平行于磁力线的电场加速，他们将会最终沉降在磁力线足点对应的区域，即极光带。这些能量粒子撞击原子发光，就是我们常见的极光。在这种极光之外，日侧会有部分粒子直接泄露进来沉降，极盖区也有部分粒子沉降，但不是主要的。
简单说，就是磁尾的粒子会沿着磁力线沉降，产生极光。而这些磁力线与地区连接的区域，就是极光带。
这就是为什么极光主要在一个“环”上，并且夜侧更强，因为那对应着磁尾。极光带中间的极盖区反而没有太多极光（另外的机制）。南北半球会同时发生也是，因为同一个源同时向南北半球注入粒子。
极光的颜色一般是红色和绿色，准确说是氧原子的630.0nm和557.7nm谱线。但是，这两条谱线是禁戒的，激发态的寿命太长。在大气密度高的地方，即使是电子跃迁到高能级，也会被其他原子撞回来，来不及发光。只有在300公里的高层大气，氧原子足够少，碰撞概率小，受激的氧原子有足够事件辐射出6300红线。在100公里高度，碰撞频率较高，只能辐射5577的绿线。再低，碰撞如此频繁，连绿线也被阻止了。
很多极光图中可以看到绿色极光再下，红色极光在上，而且隐约能看到竖线结构，那是粒子沿着磁力线沉降。
在某些罕见的情况下，还能看到氮分子离子和氧混合的粉色极光。
另外一个不幸的消息，外国的极光更亮。磁力线足点其实应该对应磁纬度，因为磁极和地理极不对应。而中国不幸处在磁纬度偏低那一侧，极光带离我们更远，而更接近于北欧那一侧。除了极端的太阳活动，中国基本是看不到极光的。这也是好事，因为高纬度其实意味着更容易被地磁活动影响，比如加拿大89年的魁北克大停电，就是磁暴破坏了电路。
