雷がピカッと光った後に「ゴロゴロ」と音が遅れて聞こえるのは、光と音の速さの差によるものです。
例えば、雷が光ったあと10秒後にゴロゴロと音が聞こえたとすると、距離にして、3400m離れていることになります。また、3秒と経たないうちに音が聞こえると、そこから約1km以内のところに落ちていると算出できます。音が聞こえるのは、通常10kmぐらいまでです。また、光っていても音が聞こえない場合があり、このときの距離は40〜50kmぐらいです。
ゴロゴロと雷鳴が発生する原因は、雷の通り道である空気が突如熱せられ、膨張して起こります。空気は本来電気を通さないモノ（絶縁物）です。しかし、巨大な雷のエネルギーは絶縁物である空気を引き裂き、何とか地面にたどり着こうとします。
雷は周りの空気の温度を一瞬にして約3万℃（太陽の表面の温度の約5倍）に熱し、圧力を高めて一気に膨張します。その時の衝撃が周りの空気に伝わり振動させ、ものすごい音になるのです。近くで雷が落ちると「バーン！」や「バリバリッ！」という音に聞こえます。遠方の雷は雲や山など、いろいろな所で反響して「ゴロゴロ」と聞こえます。