Polární záři pojmenoval již Galileo Galilei a Tycho Brahe. Souvislost se sluneční činností pravděpodobně poprvé vysledoval Jean Jacques Dortous de Mairan v roce 1733. Současně přišel s myšlenkou, že polární záře musí být pozorovatelná i na jižním pólu. To povrdil James Cook v roce 1770. Mezitím v roce 1741 Anders Celsius se svým asistentem zjistili, že v průběhu polární záře je střelka kompasu velmi neklidná a nepravidelně se komíhá. Experimentálně prokázali souvislost polární záři a magnetického pole Země. V roce 1775 zjistil Pehr Wilhelm Wargentin, že se polární záře vyskytují současně na více místech s podobnou zeměpisnou šířkou. Zjistil, že polární záře je celoplanetární fenomén.
Na přelomu 19. a 20. století přišel Christian Birkeland s první teorií popisující vznik polární záře a zhruba odpovídající těm dnešním. Předpokládal, že polární záře souvisí se sluneční činností a že elektrony vyvrhované ze Slunce nějak interagují s magnetickým polem Země a vytvářejí zde plošné proudy tekoucí podél siločar. Dnes se tyto proudy nazývají na jeho počest Birkelandovými proudy. Atmosféra v místech tekoucích proudů je excitována a září. Svou teorii podložil i experimentálně. Sestrojil si model Země, uvnitř které umístil elektromagnet. Model umístil do vakuové komory a z katodové trubice ji ostřeloval elektrony. Ty v okolí pólů modelu Země vzbuzovaly záření. Vědecká obec ještě nebyla připravena jeho objevy a výsledky experimentů přijmout a jediným zastáncem jeho teorie byl Hannes Alfvén. Jeho teorie se potvrdily až z dat naměřených navigačním satelitem 1963-38C v roce 1966 a družicí TRIAD 1 v roce 1973.
Polární záře vznikají ve výškách 70 – 1000 km kolem pólů, od 70. rovnoběžky. Barva polární záře závisí na hustotě atmosféry. Nejčastější barvou je zelená a červená. Tu vyzařují atomy kyslíku ve výšce 100 km. Elektrony jsou excitované o dvě hladiny výš a právě při přeskoku na nižší hladinu vyzařují dva fotony; po necelé sekundě foton o vlnové délce 557,7 nm (zelené světlo) a po necelých dvou minutách foton s vlnovou délkou 630 nebo 636 nm (červené světlo). Elektron se do vzbuzeného stavu dostane díky energii částic slunečního větru, tj. energetických částic (elektronů, protonů) vyslaných ze Slunce. Mezi další barvy polárních září patří modrá, fialová (molekuly dusíku ve výšce 1000 km) a výjimečně růžová.
