夜光云研究可以揭示中间层顶的大气结构，大气波动和化学过程。夜光云的样子像薄卷云，形状主要为绉纱状、带状、鱼脊骨状和波浪状。经常呈现淡蓝色或银灰色的光泽，其光泽是直径约为10^-4～10^-5厘米的冰晶颗粒散射太阳光的结果。夜光云出现在70～90千米高空，而以80千米高度附近最集中。在北半球45°～70°的5～8月均可出现，而以7月份最频繁。它存在的时间从几分钟到几小时，但用肉眼看见它的时间比较短，只有当太阳在地平线以下6°～12°角时（即低层大气在地球阴影内而高层大气被日光照耀时）才能看到。强夜光云的亮度相当于国际二级极光亮度。一般弱夜光云用肉眼看不见，但用紫外或红外光学仪器可以观测到。关于夜光云的大量信息，可以依靠火箭和卫星探测获得。火箭探测结果表明：夜光云中含有大量H⁺·(H₂O)_n类型的水化离子团，还有由氧分子离子、氮氧化物离子和金属及其氧化物离子构成的水化离子团。