Polarni sij se pojavlja v dveh ovalnih obročih premera okoli 3000 km – na severnem tečaju kot severni sij (aurora borealis) in na južnem tečaju kot južni sij (aurora australis). Obroča polarnega sija se običajno nahajata na približno 70° geografske širine in sta široka približno 10°. Povzročajo ga nabiti delci, ki se po magnetnih silnicah stekajo proti poloma. Ko v zgornjih delih ozračja trkajo z atomi plina jih vzbudijo, atomi pa nato oddajo svetlobo značilnih barv.
Polarni sij sestavljata dve komponenti: dnevni in nočni polarni sij. Med mirnejšim sončnim vetrom je magnetosfera umirjena in proti poloma prihaja le malo nabitih delcev, ki povzročijo nastanek t.i. dnevnega polarnega sija. To je bolj ali manj stalen in razmeroma šibek polarni sij, viden daleč na severu in jugu predvsem med dolgimi polarnimi nočmi.
Nočni polarni sij je svetlejši, manj pogost in bolj dinamičen. Nastaja z nekoliko drugačnim mehanizmom in le takrat, ko je magnetosfera pod vplivom bolj spremenljivega sončevega vetra. Takrat prihaja do dinamičnih sprememb v magnetosferi, ki povzročajo nastanek svetlega polarnega sija. Mehanizem je približno naslednji.
V spremenljivem sončevem vetru, predvsem pri spremembah v medplanetarnem magnetnem polju (magnetnem polju, ki ga sončev veter nosi s sabo) se magnetosfera na dnevni strani stisne, na nočno strani pa se magnetni rep bolj ali manj razteguje. Občasno sončev veter odtrga del magnetnega repa . Medtem ko odtrgani del (t.i. plazmoid) sončev veter odnese s sabo, skrajšani magnetni rep kot elastika ošvrkne nazaj proti Zemlji.
Pri tem iz plazemske ploskve po magnetnih silnicah požene tokove nabitih delce proti Zemljinim polom (t.i. Birkelandovi tokovi). Nabiti delci potujejo vzdolž silnic proti zgornjim plastem ozračja (ionosferi), se tam iz navpične smeri usmerijo vodoravno in tečejo skozi ionosfero (ang. auroral electrojet) in se nato vrnejo nazaj v plazemsko ploskev. Pri tem se močno poveča število nabitih delcev, ki trkajo ob atome visoko v ozračju, zato nastane svetel polarni sij.
Pojav, ko dinamični sončev veter odtrga del Zemljinega magnetnega repa in opisano posledično dinamiko imenujemo geomagnetna podnevihta (ang. geomagnetic substorm). Podnevihta tipično traja okoli eno uro. Ob prihodu močnejših izbruhov ali toka hitrega sončevega vetra lahko pride do zaporedja takšnih geomagnetnih podneviht, obdobja hitrih in močnih sprememb v našem magnetnem polju, ki ga imenujemo geomagnetni vihar.
