Norii noctilucenți se formează la marginea spațiului cosmic, fiind cei mai înalți nori de pe Pământ.

Norii noctilucenți se formează în mezosferă, stratul atmosferei situat între 50 și 85 de kilometri altitudine. Această regiune este extrem de rarefiată și uscată, fiind de un milion de ori mai aridă decât deșertul Sahara. Pentru ca gheața să se condenseze în aceste condiții, temperaturile trebuie să scadă sub -120 de grade Celsius.Un aspect fascinant este originea nucleelor de condensare. Studiile realizate de NASA prin misiunea AIM (Aeronomy of Ice in the Mesosphere), lansată în 2007, au confirmat că acești nori se formează în jurul „fumului de meteorit”. Acestea sunt particule minuscule rămase în urmă după ce meteorii se dezintegrează în atmosfera superioară.Acești nori au fost observați pentru prima dată în anul 1885, la scurt timp după erupția violentă a vulcanului Krakatoa. Deși inițial s-a crezut că sunt un fenomen cauzat de cenușa vulcanică, cercetările moderne sugerează că frecvența lor tot mai mare este un indicator al schimbărilor climatice. Creșterea emisiilor de metan în atmosferă produce mai mulți vapori de apă la altitudini mari prin oxidare chimică.Vizibilitatea lor este limitată la latitudini cuprinse între 50 și 70 de grade, în special în preajma solstițiului de vară. Deoarece se află la o înălțime atât de mare, ei rămân luminați de razele soarelui care trec pe sub orizont, în timp ce straturile inferioare ale atmosferei se află deja în umbra Pământului. Acest fenomen optic îi face să pară că strălucesc prin propria lor putere pe cerul întunecat.