ШМ имеет химическую природу. Она состоит из обычного воздуха (имеющего температуру примерно на 100 градусов выше температуры окружающей атмосферы), небольшой примеси озона, окислов азота. Принципиально важную роль играет здесь озон, образующийся при разряде обычной молнии; его концентрация около 3%. Внутри шаровой молнии проходят химические реакции, они сопровождаются выделением энергии. При этом в объеме диаметром 20 см выделяется примерно 1 кДж энергии.

Это мало, для всех зарегистрированных ШМ таких размеров запас энергии должен составлять примерно 100 кДж. Недостатком рассматриваемой физической модели является также невозможность объяснения устойчивой формы шаровой молнии, существования поверхностного натяжения