在當頂雲攜帶負極性電荷的情況下，空氣中存在的自由電子，會被地面接地尖端的強電場吸引向尖端加速運動，因碰撞中性分子釋放更多自由電子，從而產生雪崩現象，並在其後留下壹個正離子形成的電荷柱。當環境電場足夠強時，雪崩持續發生，其後的正離子電荷柱（即正先導）可以在環境電場的作用下持續向上傳播，並和下行負先導連接而形成回擊。雖然在常壓下，產生電子雪崩的電場超過6MV/m，但正先導在約440kV/m的環境電場中即可持續傳播。避雷針必須在其頂端壹定距離範圍內產生這種電場才能吸引下行雷；另外下行先導接近避雷針時，它所產生的電場增強率必須使正離子柱的累積伸展超過它因在電場作用下的遷移而被清除的速率。而頭部鈍的 避雷針要比尖的更能滿足這些條件。
將避雷針等效為接地的垂直細長半橢球體，可以計算其頂端電場增強因子隨距離的變化。結果表明，形狀尖的頂端（其曲率半徑遠小於橢球體半長軸高度），其電場隨離開頂端的距離迅速減小。當距離等於壹個曲率半徑時，電場減弱為頂端的1/3。而鈍的頂端，電場隨距離的減弱要小得多。當距離超過6mm時，10mm半徑的橢球體頂端附近的電場增強要遠大於0.1mm半徑的橢球體。計算還表明，曲率半徑小於0.5mm的橢球體，在距離頂端超過0.25mm 時，電場將小到不可能產生電子雪崩的程度。計算也表明，當下行負先導逼近時，在鈍的橢球體頂端因電子雪崩的產生而形成的累積正電荷柱，其正離子因遷移和相互排斥而被清除（因而使正先導不能向上持續傳播）的時間要遠大於尖的橢球體。
根 據以上分析，還進行了不同尖端形狀避雷針的野外現場實驗。在1994-2000連續7年的野外現場實驗中，有12次雷電擊中鈍的避雷針，其直徑在12.7-25.4mm 之間，大多為19mm。但沒有壹次擊中傳統 Franklin 型避雷針及 ESE 型避雷針。報告還指出，在直徑Φ8~Φ80mm的避雷針中，Φ20~Φ25mm的避雷針更容易吸引雷電，且雷電擊中部位約為距頂端3倍直徑處