水滴和冰晶粒子在運動激烈的雲裡會不斷出現各種接觸和摩擦產生靜電。一般認為，小水滴粒子通常帶正電荷，其他大粒子帶負電荷。氣流和重力作用最終讓正負電出現明顯的分離。如果這個過程持續發展，雲塊就像插了充電器，最終電勢大到能穿透正負極之間的空氣，一瞬間劇烈放電，響起雷聲。

到了冬天，太陽輻射提供的能量減弱。當高緯地區冷空氣衝過來時，整個大氣都變得又冷又幹，空氣中的水分受冷凝華然後再生長成雪片慢慢降到地面。但如果入冬以後，天氣還是較熱，低層大氣還有足夠的水汽，（西安22日下雪之前，氣溫偏高，低層有足夠的水汽，冷空氣來臨，大氣有冷熱對比，儲存能量）那麼冷空氣來臨時，大氣就有了冷熱對比，可以儲存能量。暖空氣被抬升產生對流，裡面的水汽雖然不如夏天豐富，但也足以開始充電過程。這也解釋了為什麼那個“冬雷夜”會出現“似雪似冰沙”的霰，因為霰一般產生在強烈擾動的冷雲中。冬天打雷，說明大氣能產生足夠的不穩定和水汽。（據陝西省雷電定位系統檢測顯示，22日上午西安上空檢測到兩次閃電，雷聲也是伴隨閃電而來） 22日西安的冬雷主要是北半球中高緯的大氣環流的突然調整引起的。大氣先繞到北部高緯寒冷地區再繞到中國，就把冷空氣帶了過來。最近的情況就是大氣環流突然出現南北分量，把大量冷空氣帶到之前一直被暖溼空氣控制的地方。