In ongeveer 80 kilometer hoogte, dus ver boven de gewone wolken van het weergebeuren, treden lichtende nachtwolken (noctilucent clouds) op. Je kan ze vooral tijdens de zomer in noordelijke richtingen zien. Het gaat hierbij over ophopingen van ijskristallen in de mesopauze waar de atmosfeer de laagste temperaturen heeft. Ze komen alleen tot stand als de temperatuur daar op ongeveer -130 °C zakt, alleen dan kunnen zich daar in die ijle en droge lucht deze ijskristallen vormen.
De lichtende nachtwolken zijn optisch heel dun en daarom alleen bij voldoende donkere hemel zichtbaar als er nog zonlicht op valt. De Zon moet ten minste 6° onder de horizon zijn; staat ze lager dan 16° bereikt het zonlicht deze wolken niet meer. Het zonlicht gaat bij deze hoge wolken nauwelijks door de diepere lagen van de atmosfeer, daarom wordt nauwelijks blauw licht uitgefilterd. Daarentegen wordt tijdens een lange weg door de ozonlaag rood licht absorbeert. Daarom verschijnen de lichtende nachtwolken meestal in een magisch zilverblauw.
De oorsprong van deze wolken is nog niet helemaal duidelijk. Aerosolen van de Aarde kunnen een rol spelen, maar ook materiaal van meteoroiden kan deze wolken voeden. Er lijkt ook een correlatie met de zonactiviteit te bestaan: een tot twee jaar na een minimum van de zonactiviteit wordt een grotere frequentie van deze wolken waargenomen, en omgekeerd.