Ionosfääri ja maapinna vaheline pinge muutub ajas samuti, kui globaalne äikesetegevus. Äike vajab soojusenergiat ja kõige sagedasemad ning võimsamad on äikesed troopikas. Äikesetegevus kulmineerub päeval ja vaibub öösel. Ionosfääri pinge saavutab maksimumi siis, kui keskpäev on Aafrikas ja teise maksimumi, kui keskpäev on Lõuna-Ameerikas, ning langeb miinimumväärtuseni siis, kui keskpäev on Vaikse Ookeani kohal. Pinge keskmine väärtus oleneb Maakera keskmisest temperatuurist ning ionosfääri ja maapinna vahele ühendatud voltmeetrit saaks kasutada kliima globaalse soojenemise mõõtmiseks. Kahjuks aga ei osata ka kaasajal ionosfääri pinget selleks piisava täpsusega mõõta. USA füüsik E.R. Williams näitas 1992. aastal, et märksa reaalsem meetod Maakera keskmise temperatuuri jälgimiseks on mõõta globaalse äikesetegevuse looduslikult integreeritud raadiosignaali ülimadalal sagedusel 7,9 Hz, mis on ionosfääri ja maapinna vahelise lainejuhi esimene resonantssagedus.

Õhu elektrijuhtivust põhjustavad õhus leiduvad ioonid. Lämmastiku või hapniku aatomi lõhub positiivseks iooniks ja vabaks elektroniks kas radioaktiivse või kosmilise kiirguse kvant. Elektron ei püsi õhus kaua vaba, vähem kui mikrosekundi jooksul kleepub ta ettejuhtuva hapnikumolekuli külge ja muudab selle negatiivseks iooniks. Ioonid põrkuvad molekulidega tuhandeid kordi ühes mikrosekundis ja selles põrgeteahelas toimub palju keemilisi reaktsioone, millest võtavad osa ka õhus mikrokogustes leiduvad elektriliselt aktiivsete molekulidega gaasid. USA füüsik F. Eisele leidis 1986. a. mass-spektromeetri abil, et positiivsed õhuioonid sisaldavad reeglina püridiini, mille kontsentratsioon on nii väike, et selle aine leidumine looduslikus õhus ei olnud enne Eisele katseid teada. Eisele tulemusi kinnitavad Tartu Ülikoolis sõltumatult tehtud ioonide liikuvuste mõõtmised ja teoreetilised arvutused. Õhu ioonid osutuvad keerulisteks moodustisteks, mis koosnevad kümnetest aatomitest ja mida füüsikud ja keemikud nimetavad klastriteks. Klastri koostis ja tema mõõdetavad parameetrid, elektriline liikuvus ja mass, olenevad õhu lisanditest, mille kontsentratsioon võib olla alla miljondiku protsendi. Atmosfääriõhus leiduvate ioonide mass-spektromeetria nõuab kallist ja suuremõõtmelist aparatuuri. Elektrilisi liikuvusi on võimalik veidi lihtsamalt mõõta ja analüsaatori võib teha õige väikese ja kaasaskantava. Ioonide liikuvusspektromeetria kui õhu lisandite keemilise analüüsi meetod hakkas kiiresti arenema 1990-ndatel aastatel ja alates 1998. a. ilmub juba spetsiaalselt liikuvusspektromeetriale pühendatud teadusajakiri. Liikuvusspektromeetria kaasaegsete rakenduste hulka kuuluvad näiteks sõjagaaside ja narkootikumiaurude jälgede detekteerimine õhus. Pildil on ioonide liikuvusanalüüsil põhinev mürkgaasidetektor.

Ioonidel on oluline osa atmosfääriaerosooli tekkimisel ja pilvede arengus. Juba 19. sajandil tõestas lord Kelvin, et mida väiksem on veetilk, seda raskem on veeauru kondenseerumine ja kiirem tilga aurumine. Kui tilga läbimõõt oleks sajandik mikromeetrit, siis peaks ta silmapilkselt auruma. Niiviisi näib, et uute pilvetilkade tekkimine ja kasvamine alates selgest õhust pole üldse võimalik. Paradoksi lahendus leiti ruttu: osutus, et õhk sisaldab alati mõne sajandikmikromeetri läbimõõduga tahkeid osakesi, mida hakati nimetama kondensatsioonituumadeks. Uued pilvetilgad tekivad kondensatsioonituumadel. Kui õhus on palju kondensatsioonituumi, siis saame teatud hulgast veeaurust palju pisikesi tilku mis jäävad õhku hõljuma. Kui kondensatsioonituumi on vähe, siis saab samast hulgast veeaurust vähe suuri tilku, mis käituvad hoopis teistviisi. Niiviisi juhivad kondensatsioonituumad pilvede ja sademete arengut ja selle kaudu maakera kliimat. Kuidas aga tekkivad kondensatsioonituumad, jäi kauaks mõistatuseks. Inglise füüsik C.T.R Wilson leidis Nobeli preemiaga pärjatud töös, et veeauru väga suure üleküllastuse puhul võivad kondensatsioonituumadena käituda ka tavalised õhuioonid. Paraku aga ei tule looduslikus õhus piisavalt kõrget üleküllastust kunagi ette.

Kondensatsioonituumade tekkimise ehk nukleatsiooni uurimine on kujunenud atmosfäärifüüsika iseseisvaks haruks, mille üheks juhtivaks keskuseks on Helsingi ülikooli füüsikaosakond. 200 km Helsingist põhja pool Hyytiälä uurimisjaamas mõõdetakse nukleatsiooniprotsesse pidevalt töötavate aparaatidega, mille hulgas on ka kaks Tartus konstrueeritud ja ehitatud ioonispektromeetrit. Tulemused näitavad, et intensiivne nukleatsioon toimub mõnetunniliste puhangutena. Kõige võimsamad nukleatsioonipuhangud esinevad eriti selge õhuga kevadpäevadel. See esialgu paradoksaalsena näiv tulemus on õhukeemia ja aerosoolifüüsika iseärasustega üsna lihtsalt seletatav. Nukleatsiooni algfaasis tekkivate osakeste suurust mõõdetakse nanomeetrites (üks nanomeeter on tuhandik mikromeetrit) ja nende areng ühe ja kolme nanomeetri vahel on uurijatele väljakutseks tänaseni. Üha ilmsem on aga, et selles arengus mängivad oma osa ioonid. Ioonidest kondensatsioonituumade tekkimist nimetatakse ioon-indutseeritud nukleatsiooniks. Kui ioon-indutseeritud nukleatsiooni osatähtsus atmosfääris osutub piisavalt suureks, siis tähendab see, et õhu ionisatsioon võib oluliselt mõjutada maakera kliimat. Õhu ionisatsioon on aga eriliselt tundlik nii inimtegevuse kui kosmosest tulevate mõjutuste suhtes.

Tartu Ülikooli Aeroelektrilaboratoorium alustas 1985. aastal laetud nanomeeterosakeste mõõtmist ioonispektromeetri abil Pärnumaal Tahkuse Õhuseirejaamas ja esmakordselt registreeriti puhanguid juba samal aastal. 1988. a. alates töötab Tahkusel täielik ioonispektromeetrite komplekt ja põhiosa tänapäeva teadmistest maapinnalähedase atmosfääri ioonide liikuvusjaotuste kohta pärinebki Tahkusel tehtud mõõtmistest. Ioonispektrite regulaarsete mõõtmise jätkamine on osa Tartu füüsikute koostööst Helsingi kolleegidega.

Inimtegevuse tulemustest mõjutab atmosfääriõhu ionisatsiooni radioaktiivse gaasi Krüptoon-85 emissioon tuumaenergeetika jäätmete ümbertöötlemistehastest. Krüptoon on inertgaas ega kogune organismidesse, mistõttu teda loetakse suhteliselt ohutuks saasteaineks. Keemiline inertsus muudab krüptooni kõrvaldamise õhust väga raskeks kui mitte võimatuks. Krüptoon-85 radioaktiivse lagunemise poolestusaeg on 10,7 aastat ja kuna inertgaas millegagi ei reageeri, siis ta akumuleerub atmosfääris. Hinnangud näitavad, et olenevalt energeetika raskelt ennustatavatest tulevikustsenaariumidest võib radioaktiivsest krüptoonist põhjustatud lisaionisatsioon juba käesoleval sajandil muutuda võrreldavaks loodusliku ionisatsiooniga. Milliseid tagajärgi see kaasa toob, pole teada.

Looduslikest faktoritest mõjutab ionisatsiooni, seda eriti suurematel kõrgustel, kosmosest tulev ioniseeriv kiirgus. Osa ioniseerivast kiirgusest pärineb Päikeselt ja see kiirguskomponent varieerub ajas olenevalt Päikese pinna seisundist. Teatavasti muutub see tsükliliselt perioodiga umbes 11 aastat. Tsükli kestel ilmub Päikese pinnale kord vähem, kord rohkem ioniseerivat kiirgust emiteerivaid plekke. Taani teadlaste H. Svensmark'i ja E. Friis-Christensen'i 1997. aastal ilmunud artikkel selgitab üsna veenvalt kuidas Päikese pinna seisund mõjutab atmosfääri ionisatsiooni kaudu Maakera pilvkatet ja kliimat. See artikkel vallandas teaduslikus ajakirjanduses ägeda diskussiooni ja atmosfäärifüüsikud pole seni üksmeelele jõudnud, kuivõrd Svensmarki hüpotees väärib kriitikat või tunnustamist.