Главная причина привычного зелёного цвета полярного сияния — взаимодействие солнечных заряженных частиц с атомами кислорода в верхних слоях атмосферы. Когда частицы с Солнца врезаются в атмосферу, они передают энергию атомам, заставляя те излучать свет. Для кислорода это излучение чаще всего воспринимается человеком как зелёный оттенок.

Механизм прост и стабильен: кислород обладает характерными энергетическими переходами, которые при возбуждении дают свет в видимом диапазоне. Именно эти переходы доминируют при типичных условиях наблюдения, поэтому большинство зрителей видят преимущественно зелёное сияние, даже если процессы в магнитосфере сложны.

Другие цвета появляются реже. Азот и различные уровни возбуждения могут давать красные, синие или фиолетовые тона, а высота и энергия частиц влияют на видимый спектр. Однако для обычного наблюдателя зелёный остаётся наиболее заметным и распространённым оттенком полярного сияния.