Norrsken orsakas av växelverkan mellan laddade partiklar från solvinden med jordens magnetfält. Solvind är en ström av laddade partiklar från solen som kan färdas med hastigheter som överstiger 1 miljon miles per timme (1,6 miljoner kilometer per timme). Dessa partiklar kanaliseras mot jorden av solens magnetfält. När solvinden når jordens magnetfält fungerar fältet som en barriär som avleder de flesta partiklarna. Vissa av partiklarna kan dock penetrera magnetfältet och komma in i jordens atmosfär. Här kolliderar partiklarna med gasmolekyler, vilket gör att molekylerna exciteras och avger ljus. Färgen på norrskenet beror på vilken typ av gasmolekyl som exciteras.

Aurora borealis har funnits i minst 100 000 år. Detta är känt från iskärnprover som har tagits från Grönlands inlandsis. Iskärnorna innehåller lager av damm som har avsatts med tiden. Dammet innehåller partiklar av järnoxid, som produceras av norrsken. Genom att mäta mängden järnoxid i iskärnorna har forskare kunnat fastställa hur ofta norrskenet förekom tidigare.

Aurora borealis är vanligast i jordens polarområden, men den kan också ses på lägre breddgrader under perioder med hög solaktivitet. Aurora borealis är en vacker och respektingivande syn, och den är en påminnelse om det ständiga samspelet mellan solen och jorden.