極光最常見是顏色是綠色的螢光，也有鮮豔的紅色，但是極光的色彩，早已不能用五顏六色去描繪，根據不完全的統計，能分辨清楚的極光色調已達一百六十餘種。

極光在不同的環境、不同的氣候、不同的時間會呈現多種色彩的變幻，研究表明，以下4個因素決定了極光呈現的顏色：

（1）入射粒子的能量；

（2）大氣中的原子和分子在不同高度的分佈狀況；

（3）大氣中原子和分子本身的特性；

（4）大氣密度的均勻度。

入射粒子的能量高低決定了粒子能夠衝入大氣的深度，因此決定了極光產生的高度；而隨高度變化的大氣成分決定了入射粒子可能會撞擊到哪種原子或分子，因此決定了可能發出的極光波長。而且，大氣粒子本身的性質也很重要，這些性質直接決定了極光的顏色。

另一方面，大氣密度也會影響極光的顏色。由於高層大氣密度較低，發光的過程不會受到彼此碰撞的原子和分子的干擾。不過，距離地表越近，大氣密度越高，分子之間的撞擊非常頻繁，這會使得某些波長的光很難產生。

決定極光顏色的主要因素之一，就是在大氣中不同種類分子的垂直分佈狀況。在接近地表處，大氣的組成十分均勻，78%是氮分子，21%是氧分子，這樣的成分直到高度約100千米處都是一樣的。在更高之處，來自太陽的高能紫外線會將大氣分子分解成原子，不同種類的原子在重力影響下才產生不同的分佈，較輕的會上浮，較重的會下沉。

在大氣層的最頂端，也就是約在距離地表500千米處，氫與氦原子佔了大部分；距離地表200-500千米，氧原子的數目最多；在10-200千米，則是氮分子的數目最多，其餘主要是氧原子和氧分子；60-100千米主要由氧分子和氮分子構成。

知道了以上大氣的分佈，天文學家知曉了，高度介於60-100千米的極光，主要受到氧和氮分子的影響；100-200千米的極光主要由氮分子和氧原子所貢獻；在200千米以上，極光主要來自氧原子，少部分來自氮分子；在大氣的最高層，氫與氦原子也會產生極光，不過這些光十分暗淡，肉眼不容易見到。一般來說，當氧原子受電子激發後，會發出綠色和紅色的光，在大氣中主要發出淺綠色光。能量較高的電子激發中性氮分子，會發出粉紅色或紫紅色的光。電離的氮分子則會發出紫藍色的光。

大氣的密度也是決定極光顏色的重要條件之一。在地表附近，每立方厘米的空氣約有高達1019個分子。大氣密度隨著高度的升高而降低，在距離地表50千米處，密度下降1000倍。到了100千米處，密度更是比海平面降低200萬倍。不過，到了200千米的高空，每立方厘米仍然有100億顆（1010）氣體粒子。相比之下，太陽風粒子的密度僅為大約每立方厘米5顆氣體粒子。

飄帶狀極光帶儘管150千米以上的高空仍有許多氣體粒子，而且粒子之間的碰撞已經不像低空那樣頻繁，但碰撞還是會影響極光的顏色。這是因為碰撞會掠奪處於激發狀態的原子或分子的能量，而這些能量原本會放射出特定顏色的光。因為氧原子第一激發態的生命期長達110秒，在這段時間內如果受到其他原子撞擊，就會失去能量而無法放出波長6300埃的紅光。在200千米以上的高空，碰撞頻率很低，所以影響不大，但是在比較低的區域，紅色光明顯受到了抑制。

目前所出現過的顏色，根據海拔從高到低分別是紅色，黃色，粉紅色，綠色，藍色和紫色。一般情況下，當太陽風與氧氣在150英里以上的高空反應時，才會出現紅色的極光。紅色極光出現時，天空紅彤彤的，非常壯觀。然而紅色極光非常難得一見。