地球周围的大气层在重力的作用下，各种气体以不同密度分布在不同的高度。气体分子本来不导电，除了对极高频率的无线电波有衰减外，对电波的传播没有什么明显的影响。太阳是一个炽热的气化了的球体，它发出除了使我们感到温暖的红外线、使我们感到光明的可见光线，还有能灼伤我们皮肤的紫外线和其它一些射线。
紫外线等射线具有较强能量，在穿透大气外层时能够使某些气体分子发生电离，即它的能量使得气体分子中的电子摆脱原子核引力的束缚，形成带负电荷的游离电子（负离子），缺失了电子而带有正电荷的电子的剩余部分则成为游离的正离子。这些被电离了的气体层叫做电离层。
当地面发出的无线电波遇到电离层时，被游离了的正、负离子在高频电磁场的激励下发生振荡运动，相当于产生了电流。这个感生的高频电流像发射天线中的高频电流一样，又产生出高频电磁波，射向地面。从宏观看，好像入射无线电波的一部分被电离层反射了回来。只有短波波段（或称高频频段或HF频段）的无线电波才能较好地被电离层反射。有了电离层的反射，HF电波的作用距离可以不受因地面吸引电波而造成的限制，它可以经过电离层与地面之间的一次或多次反射，到达很远的地方。根据不同的工作频率和传播条件，从地面到电离层、再返回地面的一次跨越的实用距离为300～3000km。正因为有了电离层的反射，短波通信电台和广播电台才可能实现洲际服务。
但是，太阳紫外线等射线照到大气圈的强度是随着昼夜和季节而变化的，白天、夏季射线强，有利于形成能够反射较高频率的HF电波的足够浓的电离层F。但是到了晚上或者冬天，射线消失或者变弱，原来被电离的气体逐渐中和，较高频率的HF段通信就不能进行，只能改用较低的频率。而白天因为射线太强，在较低的大气层形成了在反射之前就把低频段HF电波的能量消耗掉的另一个电离层D，使得白天不能用较低的HF频率。所以无论是通信还是广播，短波电台必须依据昼夜和季节不断变换频率。
（文翰墨）