随时间变化的、大尺度的大地电场的最主要部分同变化磁场的起源基本上是一致的，所以前者的谐波成分同后者几乎可以一一对应。同地磁场一样，在这些谐波成分中，研究最为详细的是日变化。起源于地磁变化的大地电场按一定形式分布于广大地区，有其区域特征，称为区域电场 。观测表明 ，地表的平均电流密度为 2 安培／平方千米。大陆的平均电场强度约为20毫伏／千米，海洋的平均电场强度约为0.4毫伏／千米。
分布
起源于地磁变化的大地电场按一定形式分布于广大地区，有其区域特征，也称为区域电场。观测结果表明，地表的平均电流密度为2安培／公里2。若取大陆的平均电阻率为10-2欧姆·公里，海洋的平均电阻率为2.10-4欧姆·公里，则可以算出大陆的平均电场强度约为20毫伏／公里，海洋的平均电场强度约为0.4毫伏／公里。然而无论是电流密度，还是地壳的电阻率都随地区而变化，所以不同地区的大地电场强度差异很大。在中纬度地区的低电阻率地层中，大地电场强度一般不超过0.5～1毫伏／公里，在高电阻率基岩隆起的地区也不超过3～10毫伏／公里，在南、北极地区竟达1伏／公里，特别是在强干扰期间甚至可达10伏／公里。
由于趋肤效应，大地电场强度随地层深度按指数规律衰减，电场的频率和介质的电导率越高，衰减得越快。初步计算表明，周期为24小时的谐变场，没有穿透到1200公里以下的深度。
日变化
关于日变化的形成过程，可用吉什和鲁尼的涡旋电流线分布图（图1）说明:图中的全部涡旋相对于太阳中心至地球中心的连线的位置是固定的，从而当地球自转一周时，各个涡旋将依次通过地面上的每一条固定的子午线；或者，在地面上的某一固定的观测点将依次穿过同纬度上的各个电流线。因此地电场有周期为一天的谐波成分。由图1还可以看出涡旋电流的分布同纬度有关，4个位于北极地带，4个位于北半球的温带和赤道地区；同样，还有8个涡旋位于南半球（图中只给出4个）。由此可见，地电场的日变化还与纬度有关。图2是埃布罗台的地电场同地磁场日变化对照图。由图可以看出：东西向的电场与南北向的磁场日变化曲线相似，但电场与磁场之间有相位上的差别。由图2还可以看出：日变曲线并不是简单正弦波，这说明其中包含着多种谐波成分。傅里叶分析表明，其中主要含以24、12、8和6小时为周期的谐波。从振幅上看，24和12小时周期波占主要成分。
不仅大地电场的幅度随时间变化，它的方向也不断地改变。在一天里，如果把各个时刻的矢量端点都连在一起，便得出一条矢量端点轨迹（图3）。此轨迹大致构成一条直线的称为线性偏振，该直线的方向称为偏振方向。矢量端点轨迹不构成一条直线的称为非线性偏振。用类似的方法也可以作出地磁场的偏振图形。观测得出：偏振图形所包围的面积随时间变化，其周期为11年、1年、27天。由图4可以看出：上述偏振图形的面积同太阳黑子数的相关性很好，相关系数达0.88。
大地电场的短周期变化频谱几乎连续分布在 10-4～104赫之间。在1赫左右，电场同磁场的幅度均出现极小值。由雷电引起的高频电磁波的频率为1～104赫。Pc和Pi型地电磁脉动分布于103～1赫之间。这两类脉动，按周期的长短又可分为Pc1～Pc5和Pi1、Pi2等。地电湾扰和地电暴的频率为10-4～10-3赫。这两种波的幅度大，特别是地电暴的场强在极区可达10伏／公里。