在雷雨天氣，高樓上空出現(xiàn)帶電云層時，避雷針和高樓頂部都被感應(yīng)上大量電荷，由于避雷針針頭是尖的，所以靜電感應(yīng)時，導(dǎo)體尖端總是聚集了最多的電荷。這樣，避雷針就聚集了大部分電荷。避雷針又與這些帶電云層形成了一個電容器，由于它較尖，即這個電容器的兩極板正對面積很小，電容也就很小，也就是說它所能容納的電荷很少。而它又聚集了大部分電荷，所以，當云層上電荷較多時，避雷針與云層之間的空氣就很容易被擊穿，成為導(dǎo)體。這樣，帶電云層與避雷針形成通路，而避雷針又是接地的，避雷針就可以把云層上的電荷導(dǎo)入大地，使其不對高層建筑構(gòu)成危險，保證了它的安全。
避雷針的防雷作用是它能把閃電從保護物上方引向自己并安全地通過自己泄入大地，因此，其引雷性能和泄流性能是至關(guān)重要的。避雷針的引雷性能已有實驗和理論分析如下：
一個豎立在平地的避雷針其引雷空域如圖1所示。其中簡化包絡(luò)線是一條拋物線，此線即為在正、負雷雨云下該避雷針的50%擊針擊地平均分界線。圖中小圈為空中各點實驗放電統(tǒng)計數(shù)據(jù)，表示模擬實驗下行先導(dǎo)的針尖位置，黑圈表示百分之百擊針，白圈表示百分之百擊地，黑白各半表示50%擊針及擊地。
雷擊避雷針和地的放電強度與雷電極的極性有關(guān)：當雷的極性為正時，雷對避雷針的放電強度高于雷對地；當雷的極性為負時，雷對避雷針的放電強度略低于雷對地。所以在同樣電壓下雷電極對針的放電距離R與雷電極對地的放電距離H是不同的。根據(jù)長間隙放電的實驗數(shù)據(jù)大致有：
雷電極為負、地為正時，k=R/H=1．1
雷電極為正、地為負時，k=R/H=0．8～0．9，
圖2為雷擊針地分界面的理論分析圖，據(jù)此可以求出雷擊避雷針和地的理論分界線。

圖中L為避雷針尖，其高度為h，P為雷電極頭部，其對地高度為H，E為雷電極正下方的投影點，L、P之間的距離為R。當P點維持k等于某一常數(shù)在圖面上運動時，其運動軌跡就是雷擊避雷針和地的理論分界線。分界線以y軸為中心旋轉(zhuǎn)就是立體的分界面。分界面內(nèi)為雷擊避雷針的空域，分界面以外為雷擊大地的空域，分界面附近引下的雷擊地面為散擊區(qū)。
分界線有3種：k=0．9情況下其分界線為一橢圓；k=1．1情況下其分界線為一雙曲線；k=1情況下其分界線為一拋物線，后者為一般分析避雷針接閃性能的理論基礎(chǔ)，它是正負雷擊情況的平均數(shù)。圖2的分析結(jié)果與圖1的實驗結(jié)果是相一致的。
結(jié)合避雷針的引雷空域再分析避雷針的保護范圍問題，取k=1的情況可得避雷針的保護作用，見圖3。

圖3中O1 L為避雷針，K為其高度的中點；MO2為被保護物，N為其高度的中點。假設(shè)雷擊距離為hr，雷電先導(dǎo)端頭位于P，PK（實線）為避雷針的引雷分界線，PN（虛線）為被保護物的引雷分界線，它的上部空域都在避雷針的引雷分界線以內(nèi)。因此，距地面高度大于hr的雷擊將被引向避雷針，被保護物MO2將免于雷擊，這種現(xiàn)象稱為截擊效應(yīng)；但當雷電先導(dǎo)從低于hr的右側(cè)襲來時，避雷針將起不到保護作用，這稱為對被保護物的側(cè)擊。所以以P點為圓心，以hr為半徑作圓，此圓從避雷針頂點L經(jīng)M地面O3點，它以下的部分就是雷擊距離為hr時避雷針的保護范圍。這一分析結(jié)果與按電氣幾何理論（EGM）滾球法推出的結(jié)果是一致的。
EGM理論認為，雷電先導(dǎo)首先進入哪一物體的雷擊距離就對那一物體放電，雷擊距離是雷電流的函數(shù)：
hr=10I0．65 （1）
式中　hr為雷擊距離，m；I為雷電流幅值，kA。
美國R．H．Lee建議以10 kA作為一般建筑物的臨界電流Ic，小于這個雷電流幅值時不會造成雷擊事故，其對應(yīng)的臨界雷擊半徑hrc為45 m。這一觀點把被保護物的耐雷水平與避雷針的保護率聯(lián)系起來。我國防雷標準GB50057－94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》規(guī)定三類防雷建筑物的避雷針保護范圍按hrc為60 m畫定。運行經(jīng)驗表明這一規(guī)定符合我國通用建筑物的防雷要求。
一些學者對EGM理論又做了修正，稱為先導(dǎo)傳播模型理論（LPM）。該理論認為確定雷擊點除了考慮雷擊距離外尚需考慮迎面先導(dǎo)和下行先導(dǎo)的相對運動。一定幾何形狀和高度的地物能否被一定雷電流幅值的雷電擊中，可用吸引半徑Ra來表述。Ra不僅是雷電流的函數(shù)，也是地物高度的函數(shù)，并和地物的幾何形狀有關(guān)。因為不同形狀和高度的地物，在同一雷電流的下行先導(dǎo)作用下感應(yīng)的電場強度不同。
Ra（I，h）=2．83I0．63h0．40 （2）
式中　Ra為吸引半徑，m；I為雷電流幅值，kA；h為針狀物高度，m。
分析結(jié)果指出：當臨界半徑hrc大于避雷針高度h時，EGM所得保護半徑比LPM要小，但不顯著；當臨界半徑hrc小于針高h時，EGM所得保護半徑比LPM要小許多，某些情況下甚致小50%左右；當針高h>hrc時，EGM認為高出臨界半徑的針體部分沒有保護范圍，而LPM理論則認為保護半徑隨針體
高度的增加而增加。
根據(jù)對塔形建筑物吸引雷擊次數(shù)隨其高度增加而變化的觀測以及長間隙放電棒對棒的實驗結(jié)果都證明，避雷針的引雷能力隨其高度的增加而增強，但增加的速度是變緩的。這對LPM的結(jié)論給予了支持，可見EGM滾球法未考慮吸引能力隨高度變化是其保護范圍偏小的原因。從理論角度看，滾球法是一種偏于保守、偏于嚴格的方法，它能對避雷針的保護區(qū)給出直觀的物理圖象。
考慮迎面先導(dǎo)和下行先導(dǎo)的相對運動可得出避雷針的引雷空域，見圖4。

圖中
hr=vzhT+vxiaT （3）
式中　hr為雷擊距離，即雷擊半徑，m；vzh為地物或避雷針上迎面先導(dǎo)的發(fā)展速度，m/s；vxia為地閃下行先導(dǎo)的發(fā)展速度，m/s；T為大氣間隙的放電時延，s。
參考圖3可得到LPM理論的一切結(jié)論。
避雷針的上部有一段可能自身遭受側(cè)向雷擊的空間，稱為對針桿側(cè)擊區(qū)；高架避雷針的引雷能力強，當側(cè)方襲來的下行雷電先導(dǎo)被避雷針引近而未能在針端接閃時，會出現(xiàn)閃電擊中
避雷針附近地面的情況，使得高架避雷針附近的地面落雷密度較該處平均落雷密度大，該地面稱為散擊區(qū)。高聳的建筑物和高架避雷針附近地面出現(xiàn)散擊區(qū)，遠離避雷針的地方雷擊率不受避雷針的影響，稱為正常區(qū)。避雷針周圍空間側(cè)擊區(qū)、地面的保護區(qū)、地面的散擊區(qū)和正常區(qū)見圖5所示。

按我國統(tǒng)計的雷電流幅值最大約為300 kA，其對應(yīng)的雷擊高度為408 m。取雷擊定位高度為400m，可得出不同高度避雷針的保護區(qū)和散擊區(qū)的地表半徑見表1。我國舊式民房一般高度在10 m以下，避雷帶和避雷網(wǎng)的高度與房高相同，安裝的短針防雷其高度為1～2 m，它們引起的散擊現(xiàn)象不明顯；高聳建筑物和高架避雷針引雷招致雷擊率增高和存在散擊區(qū)。我國防雷學者歷來不主張用高架避雷針保護建筑物，主張用屋頂短針和避雷帶防雷就是考慮了既能發(fā)揮它的引雷作用，又避免增加散雷區(qū)。

保護范圍

1根避雷針的保護范圍

當避雷針的高度h≤hr時
距地面hr處作一條平行于地面的平行線，以避雷針的針尖為圓心，hr為半徑畫弧，交水平線于A、B兩點，又分別以A、B兩點為圓心，hr為半徑，從針尖向地面畫弧。如圖1所示，則圖中曲線就是避雷針保護范圍的邊界，保護范圍是一個對稱的錐體。

Hr的取值
一類防雷建筑物為30米
二類防雷建筑物為45米
三類防雷建筑物為60米

聯(lián)合接地
隨著防雷接地技術(shù)的成熟，人們逐漸認識到，防雷和接地是一個系統(tǒng)工程，提出了聯(lián)合接地的概念（如圖所示）。

人們將建筑物外圍所有鋼筋全部焊接成籠狀，利用建筑物的外圍鋼筋結(jié)構(gòu)，作為雷電的引下線，建筑物鋼筋在地基處通過接地網(wǎng)與大地可靠連接，雷電通過避雷針（避雷帶、避雷網(wǎng)）引入，通過建筑外圍鋼筋入地，從而有效保護建筑物內(nèi)部，效果比單獨雷電引下線更佳。