Az áttekinthetőség kedvéért a 10.ábra függőleges egyenes villámpályán mutatja be a Boys-féle felvételen megjelenő kép vázlatát. A kép bal szelén először egy rövid ferde vonal jelenik meg. Mivel az alsó vége a fölsőtől jobbra esik, ezt a pontot később érte a fény, vagyis a jelenség felülről lefelé haladt t1 ideig. Mivel a vonaltól jobbra a filmet már nem érte fény, ez azt jelenti, hogy a jelenség csak addig tartott, amíg befutotta a szakasz hosszát, azután elhalványodott. Az első ferde vonalat csak t2 időnek megfelelő távolságban követi a másik, mégpedig onnan kiindulva, ahová az előző eljutott. Közben tehát a jelenség t2 ideig egy helyben állt és azután ismét egy szökellésnyi távolságot haladt lefelé. A szökellések hossza átlagosan 50 m körül van, de a szórása 10 m-től 200 m-ig terjed. A szökellés haladásának időtartama t1= 1µs körüli és így a haladási sebessége 50 m/µs, vagyis a fénysebességnek mintegy hatodrésze. Két szökellés között a várakozási idő 30…60µs, tehát sokkal hosszabb, mint a haladás ideje. A szökellésekkel kialakuló előkisülés csatornájának a magjában néhány száz amper áramerősségű koncentrált kisülés helyezkedik el, amit 5…10 m átmérőjű koronaburok vesz körül. A koronaburkot a középről kiinduló kisülések olyan polaritású töltésekkel telítik, amilyenből a villám a felhőben kiindult. A koronaburkot a mag körüli térerősség hozza létre, ez pedig a földhöz közeledve egyre növekszik, ezért a töltéssűrűség is nő. Ugyancsak a nagyobb térerősség miatt a szökellések alsó végén egy fényesebb világító és nagyobb töltéssűrűségű fej figyelhető meg. Az előkisülés a fényképek szerint keresi a legkönnyebb haladás útját, ezért olyan helyeken, ahol különböző irányokban azonosak a feltételek, elágazik. A 11.ábra példaként egy elágazást mutat be, amelynek mentén ugyancsak szökellésekkel halad az előkisülés.
A föld közelébe érve alulról megindul az ellenkisülés, esetleg szintén szökellésekkel, de ezek után rendszerint az egész csatorna fölvillan. Fizikai jellemzői hasonlók az előkisüléséhez. Amikor találkozik az előkisülés fejével a képen megjelenik az eddigi jelenségeknél sokkal fényesebb főkisülés, amelynek képe ellenkező irányban ferde, mint az előkisüléssé, tehát fölfelé halad. Hajlásszögéből a haladási sebességre a fénysebesség harmadrészét elérő legnagyobb értékek is adódnak. Az elágazásnál a csatorna az ágak végpontja felé haladva fényesedik ki. A felvillanás csak lassan enyészik el, ezért a futó filmen jobb felé elmosódó, folyamatosan halványodó sáv látható. Ahol az előkisülés csatornájának nagyobb volt a töltéssűrűsége, a fény lassabban hal el.
A becsapást megelőző és közvetlenül követő jelenségeket részletesebben követhetjük a 11.ábrasorozaton. A 11a.ábra a földhöz közeledő előkisülési csatorna alsó végét mutatja. Az előkisülést negatív töltésgócból indulónak vettük, ezért alatta a föld színén fölfelé irányuló térerősség jön létre és a földben pozitív töltések gyűlnek össze. Ennek a térerősségnek a hatására a földből megindul az ellenkisülés, amelynek pozitív töltésű kisülési csatornáját a 11b.ábrán láthatjuk. Az egymáshoz közeledő pozitív és negatív töltésű kisülési csatornák között a térerősség egyre növekedik, és mire a két csatorna a 11c.ábra szerint találkozik egymással nagy értéket ér el.
Ennek hatására a találkozás helyén a töltött részecskék nagy sebességre gyorsulnak föl és a levegő molekuláival ütközve sok elektront és iont hoznak létre. Az ütközésektől a részecskék átlagos sebessége is erősen megnő és az ionokkal telített gáz több ezer °C hőmérsékletű plazmává alakul át. A plazma villamos szempontból jó vezető és rövidzárat alkot az alatta, ill. fölötte levő pozitív és negatív töltésű csatornák között. Ettől mindkét végén folytatódik a heves ütközés, ionozás és plazmaképző-és, amitől a csatorna fölfelé és lefelé gyorsan növekszik.
Közben a 11d.ábra szerint a koronaburokban felhalmozott töltés befelé vándorol és eredetileg több méter átmérőjű burok összehúzódik a néhány cm mérőjű plazmacsatornává. Amikor ez a 11e.ábra szerint eléri a földet, az ott fölhalmozott pozitív töltések a jól vezető plazmacsatronán megindulnak fölfelé. Mivel a talaj jól vezet, a töltésutánpótlásnak nincs akadálya és nagy áram fejlődhet ki, ami 20000 °C fölé melegíti a kisülési csatornát.
Ekkor jelenik meg a Boys-féle fényképen az erős fényű főkisülés. A már kialakult főkisülési csatorna fölső végén az alulról érkező pozitív töltések semlegesítik a koronaburok negatív töltését, felhevítik és néhány cm átmérőjűvé szűkítik a csatornát, ami gyorsan növekszik fölfelé. Ha a koronaburokban levő negatív töltéssűrűség nagy, több pozitív töltés kell a semlegesítéséhez, ezért a becsapási ponton növekszik a villámáram. Az előkisülési csatorna töltéssűrűsége tehát közvetlen összefüggésben van a villámáram erősségével.
Amikor a főkisülésben fölfelé áramló pozitív töltés eléri a felhőt, szétágazik és semlegesíti az előkisülés kiindulási helyének környezetében levő negatív töltésgócokat. Mivel ekkor a töltéseknek már végig kell futniok a villámpálya teljes hosszát, nagyobb a villámáram útjának impedanciája és kisebb az áramerősség is. A felhőben a főkisülés a fa ágaihoz hasonlóan egyre távolabbi töltésgócokat ér el (9. ábra) és így hosszan elhúzódó áram alakul ki. Ez idézi elő a Boys-féle képen (10. ábra) a lassan halványodó fénysávot.
A villámcsapás sok esetben nem ér véget az első főkisüléssel, hanem megismétlődik. Az ilyen többszörös villámok kialakulását szemlélteti a 12.ábrán látható vázlat. Ez a 10. ábrán bemutatott egyszerűsítésekkel mutatja a Boys-féle felvételen megjelenő képet. Az első főkisülés elhalása után a már szétoszlóban levő kisülési csatornán újabb előkisülés fut végig. Ez azonban nem szökellésekkel halad, hanem egy folyamatosan futó 50…100 m hosszú felvillanás. A jelenséget találóan jellemzi az angol dart leader (gerelykisüles) elnevezés. Ez már nem hatol be a korábbi ágakba, hanem csak a felhőt a földdel összekötő csatornán fut végig, ismét ionokkal telítve azt. A földet elérve az előzőhöz hasonlóan ismét alulról fölfelé alakul ki a második főkisülés. Ez a folyamat többször ismétlődhet és az egyes részvillámok között 0,01…0,1 s idő telik el. A részvillámok száma a felhő negatív töltésgócából induló villámok eseten a leggyakrabban 2…3, de észleltek ár 40 részvillámot is.
A 13. ábra, különböző helyen végzett megfigyelések alapján, a részvillámok számának előfordulási gyakoriságát tünteti fel. A pozitív villámok többnyire egyetlen részvillámból állak, a többszörös villám nagyon ritka. A többszörös villámok időtartama a részkisülések közötti szünetekkel együtt a villámcsapás teljes időtartamát adja, ami általában néhány tizedmásodperc, de elérheti az 1 másodpercet is. Nem minden villám alakul ki az előbb ismertetett folyamat szerint. A felhőből lefelé jövő előkisülés szökellései egyes esetekben lényegesen rövidebbek, és az átlagos haladási sebessége kisebb.
Ezt nevezi a szakirodalom béta-leadernek az előbb leírt alfa-leaderrel szemben. Előfordulásának gyakorisága az összes villámok néhány százaléka.
Magas tornyokon és hegytetőkön előfordul, hogy az előkisülés nem a felhőből indul meg, hanem a torony csúcsából vagy a hegyen álló tárgyból. Ezt az idézi elő, hogy a felhőben levő töltések önmagukban is olyan nagy térerősséget hoznak létre a kiemelkedő ponton,ami elegendő a kisülés megindításához. Az ilyen előkisülesből fejlődő villámcsapást nemcsak futó filmre készített Boys-féle felvételen, hanem álló fényképen is meg lehet különböztetni a lefelé csapó villámtól. A villámpálya elágazásai ugyanis mindig a haladás irányába mutatnak, tehát pl. a 14.képen látható villám lefelé haladó előkisülésből fejlődött ki.
A bokor ágaihoz hasonlóan, a 15.kép szerint fölfelé elágazó villám viszont egy 25 m magas acéltoronyból fölfelé haladó előkisüléssel kezdődött. Kiemelkedő pontokon tehát fölfelé csapó villámok is keletkeznek. A 400…500 m magas tornyokon már a villámok nagyobb része fölfele indul, 100 m-nél alacsonyabb tárgyakon (ha nem kiemelkedő helyen állnak) nem figyeltek meg fölfelé csapó villámot. A fölfelé és a lefele csapó villámok számának arányát elméleti számítások alapján a 16.ábra tünteti fel.
