早在 1596 年，就曾经有一起出现在英格兰萨默塞特郡的韦尔斯的一起球状闪电事件的记录【1】。 几百年来，虽然有着众多的球状闪电目击记录，人们却一直没有揭开这个幽灵的面纱。
在一篇1966年发表的文章中，提到了 Brand 收集处理的关于球状闪电的报告，Brand 相信他所统计调查的 600项事件中，只有 215 项还算是可信。另外，文章还提到了对美国橡树岭国家实验室的一项比较初级的问卷调查，1962个被调查的人中，有 110 个人说自己看到过球状闪电，比例高达 5.6%。虽然后来对所有的 Union Carbide Nuclear Company 的所有人员的调查中，只有 3.1% 的人说见过球状闪电，但是这依然可以说明，球状闪电的目击者并不稀有。也就是说，球状闪电在某些时间段某些地区，算不上是一个非常罕见的现象。在一份对美国国家航空航天局路易斯研究中心的人员进行的调查中【2】，作者得出了类似的结论。通过对比球状闪电观测频率与普通云地闪电碰观测频率的比较，发现球状闪电并不是一种特别罕见的现象。与人们普遍接受的观点相反，球状闪电的发生概率几乎与云地闪电一样。
大家对球状闪电的描述，从运动到形态，甚至消失的方式常常有很大的差异。Smirnov 在一篇论文中，根据当时大家收集的观测数据总结了球状闪电的一些特征。【1】
图1
根据调查，亮度描述最多的是大约100w-200w的白炽灯（图1）。
图2
颜色也是多种多样。以橘色、白色居多，也有少量的绿色和多色同时出现的报告（图2）。
图3
在调查中，超过一半的被目击的球形闪电最终以爆炸的形式消失。一部分慢慢消失，少量的裂成碎片（图3）。
图4
球形闪电的直径主要集中在10mm到50mm之间，少数大于100mm（图4）。
闪电直径的报告遵循对数正态分布。这种分布也代表了雷暴中在云地闪电电荷量的分布。这些分布的相似性，虽然不能得到某些肯定的结论，但表明这些数量可能是相关的。
图5
维持时间大多小于50s，但也有少量大于200s（图5）。
图6
近90%的球形闪电出现在导体和闪电通道附近，这是恰好都是发生闪电时电阻较小的区域，但是大部分时候声称见到球形闪电的人都没有注意它从哪里产生（图6）。
图7
这是目击时间的统计，但是值得注意的是时间收到人们的作息时间、生活习惯还有当地气候的影响（图7）。多数目击发生在夏季，显然雷电现象在温带地区也多发生在夏季。
观察到球形闪电大多在上午和中午，这与人们的生活习惯有很大的关（图8）。
但是非常可惜的是，这篇比较有参考价值的文献并没有在报告中把球形闪电不同的特征，如亮度、色彩、大小、消失方式和维持时间联系起来。
对球形闪电产生和消失过程的观测报告基本可以分为两类，第一类是在闪电击中地面后产生球形闪电，最终在地面或导体附近消失；另一类是，球首先在半空中被发现，并保持在高空，在没有明显干扰的情况下消失。【3】
对于观测的结果的调查，不但要包括大小，颜色等表观的描述，由于观测者本身的记忆和描述会有偏差，所以在一些调查中引入了用来降低这种偏差的问题【4】。例如“如果有机会，观察者是否会更倾向于观察?”。由于球形闪电发生的时刻难以捕捉，目击者的描述受到心理印象的影响，所以这些为减小人为偏差做出的努力也十分重要。
图9
西北师范大学的研究人员在拍摄雷电时偶然捕捉到了一个球形闪电【5】，记录下了球形闪电的形成，移动和消失的过程，并对其进行了光谱分析。为球形闪电的研究留下了珍贵的第一手资料（图9）。他们的研究表明，被高速摄像机捕捉到的球形闪电的主要元素构成与土壤基本相同。并通过不同阶段的颜色确定了温度变化的过程。
需要注意的是，表观直径不是球形闪电的实际直径。视在直径更准确地称为亮度范围。Stephan和Massey【6】的实验可以证实这一点。据报道，硅发光球的表观直径为1-4厘米，但它们只是由直径约1毫米的液体核心照亮。
球形闪电的观测可能表明土壤雷击机制。此外，有趣的是，光强在稳定阶段显示出持续振荡。观察到的频率为99.4Hz，这很容易与50Hz的电力线频率相关联。在球形闪电位置附近有一组高压（35kV）传输线，从最近传输线到该位置的水平距离约为20m 。这使我们可以推断，在稳定阶段球形闪电的波动可能是由与高压传输线相关的二次谐波效应引起的。
但是同样有球形闪电在不存在土壤的地方产生【6】. 詹尼森【7】已经描述了雷电放电后不久在商用飞机内部近距离观察到的球形闪电。当它飘落在客舱的过道上时，这种球状闪电表现出了完美的平衡状态，完美的球形，直径22±2厘米; 有蓝白光中5-10W的光辐射，但没有热辐射; 和几乎实心外观的光学厚表面，没有极性或环形结构.由于其在机舱中造成了一定的损伤， 显然不是视错觉或电磁影响大脑产生的幻觉【8】。
这些观测的结果或反对或支持了不止一种现有的模型，所以我们不能仅从这些观测得出结论。为了更容易地观测到自然界产生的球形闪电，美国正在使用人工引雷的方式进行球形闪电的研究【9】，在这项研究中，他们触发了8次闪电，有包括有机和无机材料共100种液体、固体和粉状材料样本被放在引雷装置的终端接受测试。所有具有与球形闪电报告类似的特性的事件都是由缓慢变化的，相对较低的幅度电流产生的。实验人员并不能确定已经产生了球形闪电。在不锈钢板上观察到的发光现象与文献中描述的球形闪电的描述极为相似，因为它具有确定的形状。并且在试验后对研究人员的问卷调查结果发现，现场的观察者描述的持续时间明显长于实际时间，实际上它不到0.5秒，这表明可能很多相关的目击者描述都有较大偏差。这个结果显然重复了Stephen和Massey和Paiva等人的实验室实验。从电弧与金属的作用中产生了小的燃烧金属球，这种现象可能代表了某一类天然球闪电的观测。在实验中也通过在自来水和含有氯化钙等盐的水中产生了类似火焰的现象，这种现象与被触发闪电击中的树木部分上方产生的发光现象可能代表另一类自然界的球形闪电。
为了解释这些观测现象，物理学家提出了各种模型，但是至今没有一种模型可以完整地解释球形闪电从诞生到消失的整个过程。对球形闪电结构的探索几乎涉及了包括电动力学、量子力学在内的现有的大部分物理学分支。一些有价值的模型直到计算机兴起、各种物理理论更加完善的最近几十年才被提出。
比较早的理论大部分从化学燃烧的角度入手。Fischer认为【10】球形闪电是闪电击中有机物后产生的细小碳微粒在空气中形成气溶胶并燃烧产生的现象。在当时无法进行实验或进行计算机模拟，这种简单的燃烧想法是很多复杂结构的基础。但这种缺乏细节和计算的描述这在今天看来似乎不成立。
一些在云地闪电与地面固体（土壤）相互作用的基础上建立的模型和实验与西北师范大学对球形闪电影像的研究相印证，都提出了云地闪电和土壤相互作用产生球形闪电的观点。其中较早在实验中被使用的元素是硅。【11】他们提出球状闪电是由于大气中的硅纳米颗粒氧化引起的。在雷击产生的高温下和电流下，土壤中的硅氧化物与碳氢化合物，反应变成了蒸发的硅和碳。当高温的气态硅在大气中冷却时，Si凝结成空气中几纳米大小的Si粒子的气溶胶。高温和强电流环境中产生的电荷聚集在气溶胶表面，并将其结合在一起形成稳定的球形，由此产生的小球开始随大气中硅氧化的热量而发光。之后Abrahamson等人又将这种理论扩充【12】到土壤的其他组分和木材，金属 等材料，这样就可以解释在飞机机舱中产生的球形闪电。科学界围绕这些“燃烧”理论进行了颇多的研究。如Barry测试了燃烧机理，并通过在含有少量碳氢化合物【13】的大气中触发放电来观察火球。Silberg【14】和Golka, Jr.【15】通过金属电极转换高压电流获得发光小球。Gerson在实验中【16】，顶部电极在实验开始前轻轻接触Si片，打开电路后顶部电极上升大约1至2毫米的距离。在运动过程中形成了一个电弧。硅片被电弧击碎产生发光的碎片燃烧形成球形的火焰，像球形闪电一样的发光球向四面八方飞去。这个实验比较受关注的原因是它不依赖于自然现象中不可能出现的能源和激发机制；它清楚地证明了硅的蒸发和氧化所起的作用，如Abrahamson-Dinniss理论提出的球状闪电形成机制；产生具有长寿命(最长8秒)的发光球，并在自然现象中观察到几个性质(至少有10个性质)相同。
大部分备受关注的模型都有其相应的实验，但是有些实验需要研究人员引入一些自然界不可能存在的能量源和激发机制。Lodge【17】认为球状闪电可能被来自闪电的电磁波驻波激发。Kapitza【18】认为球状闪电可以通过微波体制下电磁波驻波的角上的空气电离形成。Dawson和Jones【19】提出球状闪电可能是一个包裹在球状等离子体壳内的微波气泡，雷电中产生的的微波持续电离空气，从而维持稳定的等离子体外壳。对于涉及微波的球形闪电理论存在一些争议，有科学家认为【16】自然界的云地闪电无法提供如此强烈的微波。在Wu H C.的研究中【20】，引入了一个对电子束的假设。这个假设被叫做球状闪电事件中孤立的相对论性电子束的假设，它基于在云对地闪电中发现的高能现象。闪电闪开始于一个负极先导并在一个步进过程中向下传播，每一步持续数十米。这一阶导子的电晕宽度为1-10米。Moore et al.首先检测到大于1mev的辐射来自于一个阶梯型先导。然后观察到，每一步都会发出x射线脉冲，当接近地面时，x射线脉冲会增强。最近的数据显示，距离地面最近的最后一步爆发产生最强的x射线。被阶导子加速的电子解释了这些被检测到的x射线的产生，所以电子加速度是最后一步是最剧烈的。因此研究人员预期，在最后一步将会形成一个特殊的相对论电子束，激发强烈的微波辐射。后者电离了空气，辐射压力将产生的等离子体抽离，形成一个球形的等离子气泡，稳定地发光。该机制通过粒子模拟得到验证，并解释了球闪电的许多已知性质，如发生地点、与闪电通道的关系、飞机的外观、形状、大小、声音、火花、光谱、运动以及由此产生的伤害和损害。不过现有的物理实验室还没有能力创造这样的极端条件，所以也就无法验证。
随着研究的深入和一些新兴的交叉学科的兴起，科学家试图从新的角度研究这个问题。将分形和混沌引入球形闪电的理论研究中。Sanduloviciu通过对自洽扩展宏观空间电荷构型的形成和稳定性的实验室研究，提出了一种新的自组织物理框架，阐述了球状闪电的起源和特征【21】。在可控的实验室条件下，研究人员通过逐步模拟物理过程的实验来证明所提出的解释是正确的，这些物理过程的最终产物是一个气体稳定燃烧的球体，这种燃烧的球体与球状闪电有很多相同的特性。尽管涉及的能量远低于雷雨时地球大气中产生的能量，但所描述的实验模拟证据表明，自组织理论很好地解释了球形闪电的一些特点。在这之后，M Agop等人在分形时空理论的框架下，给出了球闪电发生的数学模型。这个模型表明激光烧蚀产生的等离子体与云地闪电和地面物质相互作用产生的球形闪电十分相似【22】。这些数学物理手段无疑为我们研究球形闪电打开了新的大门。
也有观点认为看到球形闪电是由于光幻视【23】，光幻视是由低频磁场与视网膜或视觉皮层相互作用产生的，因为时变磁场产生电流，从而破坏正常的电活动。研究人员发现经颅磁刺激【24】可以产生光幻视，以此为依据，研究人员分析了雷雨和闪电附近高能辐射环境对人类产生光幻视诱导的可能性。根据辐射对大脑和视力的影响，以及对常见的球形闪电的运动方式和已知的光幻视产生的光斑的运动方式的对比，光幻视的观点只能解释一小部分球形闪电的观测告。
早在两个世纪前，球形闪电之一现象就被科学界确定。然而直到现在物理学家也没有给出完美的解释。也许这个完美的解释是不存在的，理论模型总是试图解释所有的现象，但是在不同而多变的的自然环境中也许并不存在统一的模型。不同的雷电强度，土壤和空气条件以及其他如温度等的细微变化，都可能使得这个极端条件下产生的发光球体有很多的不同。比如土壤组分的不同，可能使球形闪电表现出不同的颜色；含水量的不同可能使球形闪电有完全不同的结构，也就有不同的移动方式和消失方式；雷电强度的不同可能使其有不同的大小，也会带来不同的电磁环境，也给不同的结构带来了可能性。然而，球形闪电难以制造，难以捕捉，观测报告也难以保证足够的真实性。这些问题一直是验证模型的巨大障碍。但是新的计算方法，更精巧的实验和更多的有效观测一定可以让我们最终揭开球形闪电的真实面貌。
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