Norðurljósin myndast vegna þess að hlaðnar agnir frá sólinni komast inn í lofthjúp jarðarinnar. Ljósin sjást við segulskaut jarðarinnar við norðurpólinn. Sams konar ljós sjást við suðurpólinn og kallast suðurljós. Samheiti yfir norður- og suðurljósin er segulljós.

Þegar agnirnar frá sólinni fara inn í segulsvið jarðarinnar streyma þær í átt að pólunum og rekast þar í lofthjúpinn. Við það myndast orka sem framkallar ljósin.

Ljósin geta verið í ýmsum litum þó oftast séu þau græn eða bleik. Einnig geta ljósin tekið á sig ýmis form. Fjölbreytileiki litanna stafar af ólíkum tegundum efnasambanda í lofthjúpi jarðarinnar. Græni og gulgræni litur norðurljósanna stafar af súrefni, bleiki liturinn stafar aftur á móti af nitri.

Grunurinn um tengingu milli norður- og suðurljósanna og sólarinnar kviknaði í kringum 1880. Þökk sé rannsóknum sem framkvæmdar hafa verið síðan á sjötta áratug síðustu aldar er nú vitað að sólarvindur blæs rafeindum og róteindum að jörðinni og áðurnefndar agnir komast inn fyrir lofthjúp jarðar. Áður en þessi þekking var til staðar voru uppi hinar ýmsu þjóðsögur um tilvist þessara heillandi ljósa.

Norðurljósin eru einnig þekkt undir nafninu aurora borealis og suðurljósin kallast aurora australis. Áróra var gyðja dögunar í rómverskri goðafræði, en aurora borealis þýðir dögun í norðri og aurora australis þýðir dögun í suðri.

Rómverjar til forna tengdu norðurljósin við upphaf nýs dags og töldu að ljósin væru gyðjan Áróra að birtast þeim á himninum.

Það er mjög sjaldgæft að norðurljósin sjáist sunnarlega í Evrópu, ef þau birtast á þeim slóðum eru þau oft rauð að lit. Ef svo ólíklega vildi til að norðurljós sæjust svo sunnarlega á norðurhvelinu á öldum áður ollu þau talsverðum usla og ótta meðal almennings.

Á Ítalíu og Frakklandi taldi fólk að ljósin væru fyrirboði um yfirvofandi stríð eða hungursneyð. Sögur segja að rauð norðurljós hafi litað himininn yfir Skotlandi og Englandi nokkrum vikum fyrir frönsku byltinguna og síðar var talið að það hefði verið fyrirboði um átökin hjá nágrönnunum í Frakklandi.

Hér á Íslandi var talið að ef ólétt kona horfði á norðurljósin gæti það minnkað verki við fæðinguna. Þó varð hún að passa sig að horfa ekki á ljósin á meðan á fæðingunni sjálfri stóð því þá myndi barnið verða rangeygt.

Á Grænlandi voru norðurljósin líka tengd barnsfæðingum en þar var talið að þau væru sálir andvana fæddra barna.

Á Nýja-Sjálandi og einnig víða á norðurhveli hélt fólk lengi vel að segulljósin stöfuðu af endurspeglun frá kyndlum eða brennum.

Indjánar í Wisconsin í Bandaríkjunum trúðu því að ljósin sýndu staðsetningu risa sem þeir trúðu að væru andar merkra veiðimanna. Inúítar í Alaska héldu aftur á móti að norðurljósin væru andar dýranna sem þeir veiddu, sela, laxa, dádýra og hvala.