Esta forma de rayo se da cuando se produce una descarga eléctrica entre una acumulación eléctrica de un determinado tipo de carga en el interior de un cumulunimbo y una zona de carga opuesta en la atmósfera de alrededor.

Este tipo de rayo normalmente no tiene tanta potencia como el de nube-tierra y una sola descarga basta para igualar el potencial, por lo que es poco frecuente observar varios fogonazos en la misma trayectoria nube-aire.

Los rayos nube-aire suelen partir de las regiones superiores de la nube, cargadas positivamente, pero también pueden originarse en la parte inferior de la misma, aunque sólo en combinación con la forma de descarga positiva del rayo nube-tierra, de forma que los rayos nube-aire queden empequeñecidos. La razón es que, por lo general, en las capas inferiores la diferencia de potencial entre la nube y el suelo es mayor que entre la nube y el aire de alrededor.

Como el rayo nube-aire suele producirse cerca de la parte superior de un cumulonimbo, con frecuencia es visible desde una gran distancia. Si la tormenta está demasiado alejada para que se oiga el trueno, es decir a más de 30 Kms., el observador puede ser testigo de una "tormenta silenciosa".

Cuando los rayos nube-aire o nube-nube se ven oscurecidos por las nubes, el observador sólo ve el reflejo en las nubes adyacentes. Aunque a éste efecto se le conoce como "rayo de pantalla", en realidad sólo se trata de un efecto óptico y no de otro tipo de rayo.