Sự chuyển đổi nhanh chóng từ trạng thái không dẫn điện sang dẫn điện gây ra sự phát xạ ánh sáng ngắn và tiếng nổ. Tia lửa xuất hiện khi điện trường vượt qua cường độ đánh thủng của môi trường. Trong không khí, cường độ đánh thủng là khoảng 3×10 V/m ở mực nước biển. Ban đầu, các electron tự do được gia tốc bởi điện trường và khi va chạm với phân tử không khí, tạo ra ion bổ sung và electron mới. Nhiệt năng có thể tăng số lượng ion đáng kể. Khi các electron và ion gia tăng nhanh chóng, không khí trong khe hở trở nên dẫn điện, gọi là đánh thủng điện môi. Khi khe hở bị đánh thủng, dòng điện bị giới hạn bởi điện tích khả dụng hoặc trở kháng của nguồn điện. Nếu nguồn điện tiếp tục, tia lửa phát triển thành phóng điện liên tục gọi là hồ quang điện. Tia lửa điện cũng có thể xảy ra trong chất lỏng hoặc chất rắn cách điện với các cơ chế phân hủy khác.
Tia lửa điện đôi khi có thể gây nguy hiểm, gây cháy và bỏng da.
Tia sét là một ví dụ về tia lửa điện tự nhiên, trong khi tia lửa điện, dù ở quy mô lớn hay nhỏ, có thể xảy ra trong hoặc gần nhiều thiết bị nhân tạo, cả do thiết kế hoặc đôi khi do sự cố.