Mây dạ quang bao gồm các tinh thể nhỏ chứa nước đá với đường kính từ 40 tới 100 nanômét[1] và tồn tại ở độ cao từ 76 tới 85 km[2], cao hơn so với bất kỳ kiểu mây nào trong khí quyển Trái Đất[3]. Giống như phần lớn các kiểu mây quen thuộc ở các cao độ nhỏ hơn, mây dạ quang được hình thành từ nước tập hợp trên bề mặt các hạt bụi[4]. Nguồn gốc của cả bụi lẫn hơi nước trong tầng trên của khí quyển Trái Đất vẫn chưa được biết rõ với độ chắc chắn đáng tin cậy. Bụi được cho là đến từ các sao băng nhỏ, mặc dù các núi lửa và bụi từ tầng đối lưu là hoàn toàn có thể. Hơi ẩm có thể được nâng lên từ các khe hổng trong khoảng lặng đối lưu cũng như hình thành từ phản ứng của mêtan với các gốc hydroxyl có trong tầng bình lưu[5].

Hơi thoát ra từ các Space Shuttle, gần như toàn bộ chỉ chứa hơi nước, cũng đã được phát hiện là sinh ra các đám mây riêng lẻ. Khoảng một nửa lượng hơi nước được giải phóng vào tầng nhiệt, thông thường ở cao độ khoảng 103–114 km (64-71 dặm Anh)[6].

Các luồng hơi thải này có thể được vận chuyển một chút tới khu vực Bắc cực trong một vài ngày, mặc dù cơ chế chính xác của sự vận chuyển tốc độ cao này vẫn chưa rõ. Khi nước di chuyển về phía bắc, nó rơi xuống từ tầng nhiệt vào trong tầng trung lưu lạnh hơn, là tầng nằm ngay phía dưới của khí quyển[7]. Mặc dù cơ chế này là nguyên nhân gây ra sự hình thành của các đám mây dạ quang riêng lẻ, nhưng nó không được coi là yếu tố góp phần chủ yếu vào hiện tượng này khi xem xét tổng thể[5].

Do tầng trung lưu chứa rất ít hơi ẩm, khoảng cỡ một phần triệu của độ ẩm không khí tại sa mạc Sahara[8] và nó cực mỏng, nên các tinh thể nước đá chỉ có thể được hình thành ở nhiệt độ dưới khoảng -120 °C (-184 °F)[5]. Điều này có nghĩa là mây dạ quang hình thành chủ yếu trong mùa hè, khi mà tầng trung lưu là lạnh nhất[9]. Mây dạ quang hình thành chủ yếu tại khu vực ven vùng cực[4], do tầng trung lưu là lạnh nhất tại đây[10]. Các đám mây dạ quang tại Nam bán cầu nằm cao hơn khoảng 1 km so với các đám mây dạ quang tại Bắc bán cầu[4].

Bức xạ tia cực tím từ Mặt Trời phá vỡ các phân tử nước, làm giảm lượng nước có thể để hình thành mây dạ quang. Bức xạ này đã biết là dao động theo chu kỳ với các chu kỳ mặt trời và các vệ tinh đã theo dõi sự suy giảm độ sáng của các đám mây dạ quang theo độ gia tăng của bức xạ tia cực tím trong hai chu kỳ mặt trời gần đây. Người ta nhận thấy các thay đổi trong mây dạ quang diễn ra sau các thay đổi về cường độ của các tia cực tím vào khoảng thời gian cỡ một năm, nhưng nguyên nhân cho sự chậm trễ dài này vẫn chưa rõ[11].

Người ta cũng biết rằng mây dạ quang có hệ số phản xạ sóng radar cao[9], ở khoảng tần số từ 50MHz tới 1,3 GHz[12]. Kiểu tác động này vẫn chưa được hiểu rõ nhưng giáo sư Paul Bellan của Viện Công nghệ California đã đề xuất một khả năng: ông cho rằng các hạt băng nhỏ được che phủ bằng một màng kim loại mỏng, bao gồm natri và sắt, điều này làm cho mây dạ quang có hệ số phản xạ sóng radar cao hơn[9]. Các nguyên tử natri và sắt được phóng ra từ các vi sao băng bay vào và đọng lại thành lớp ngay phía trên cao độ của mây dạ quang và các đo đạc đã chỉ ra rằng các nguyên tố này bị hao hụt đi rất mạnh khi mây [dạ quang] tồn tại. Các thực nghiệm khác cũng đã chứng minh rằng, ở mức nhiệt độ cực lạnh của mây dạ quang, hơi natri có thể nhanh chóng lắng đọng xuống bề mặt nước đá.[9].