เนื่องจากความยาวคลื่นที่ยาวสุด คลื่นความถี่ต่ำสุด (ELF) จึงสามารถเลี้ยวเบนไปตามสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่ ไม่ได้ถูกบดบังด้วยเทือกเขาหรือเส้นขอบฟ้า และสามารถเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ความโค้งของโลกได้ คลื่นความถี่ต่ำสุด และคลื่นความถี่ต่ำมาก (VLF) แพร่กระจายในระยะทางไกลโดยกลไกท่อนำคลื่นโลก-ไอโอโนสเฟียร์[5][18] โลกล้อมรอบด้วยชั้นอนุภาคมีประจุ (ไอออนและอิเล็กตรอน) ในชั้นบรรยากาศที่ระดับความสูงประมาณ 60 กิโลเมตร (37 ไมล์) ที่ด้านล่างของชั้นไอโอโนสเฟียร์ เรียกว่าชั้น D ซึ่งสะท้อนคลื่นความถี่ต่ำสุด (ELF) ช่องว่างระหว่างพื้นผิวโลกที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและชั้น D ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นท่อนำคลื่นแบบแผ่นขนานซึ่งจำกัดคลื่นความถี่ต่ำสุด ทำให้คลื่นเหล่านี้แพร่กระจายในระยะทางไกลได้โดยไม่ต้องหนีออกไปในอวกาศ ตรงกันข้ามกับคลื่นความถี่ต่ำมาก (VLF) ความสูงของชั้นจะน้อยกว่าหนึ่งความยาวคลื่นที่ความถี่ต่ำสุด (ELF) มาก ดังนั้นโหมดเดียวที่สามารถแพร่กระจายที่คลื่นความถี่ต่ำสุดก็คือโหมด TEM ในโพลาไรเซชันแบบเส้นตรง โดยมีสนามไฟฟ้าแนวตั้งและสนามแม่เหล็กในแนวนอน คลื่นความถี่ต่ำสุด (ELF) มีการลดทอนที่ต่ำมากที่ 1–2 dB ต่อ 1,000 กิโลเมตร (620 ไมล์)[18][19] ทำให้เครื่องส่งสัญญาณเครื่องเดียวนั้นมีศักยภาพในการใช้สื่อสารไปทั่วโลก

สเปกตรัมทั่วไปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำสุดในชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่งแสดงจุดสูงสุดที่เกิดจากชูมาน์เรโซแนนซ์ ซึ่งเป็นความถี่เสียงสะท้อนของโพรงโลก–ไอโอโนสเฟียร์ทรงกลม ฟ้าผ่าทำให้โพรงนั้น "ดัง" เหมือนระฆัง ทำให้เกิดจุดสูงสุดในสเปกตรัมเสียง จุดสูงสุดของพลังงานไฟฟ้าที่คมชัดที่ 50 เฮิรตซ์ เกิดจากการแผ่รังสีจากโครงข่ายไฟฟ้าทั่วโลก การเพิ่มขึ้นของเสียงรบกวนที่ความถี่ต่ำ (ด้านซ้าย) คือสัญญาณรบกวนวิทยุที่เกิดจากกระบวนการที่ช้าในสนามแม่เหล็กของโลก

คลื่นความถี่ต่ำสุดยังสามารถเดินทางในระยะทางไกลผ่านตัวกลางที่ "สูญเสีย" เช่น ดินและน้ำทะเล ซึ่งจะดูดซับหรือสะท้อนคลื่นวิทยุความถี่สูง

ชูมาน์เรโซแนนซ์

การลดทอนของคลื่นความถี่ต่ำสุด (ELF) นั้นต่ำมากจนสามารถเดินทางรอบโลกได้อย่างสมบูรณ์หลายครั้งก่อนที่จะสลายไปจนเหลือแอมพลิจูดเล็กน้อย และด้วยเหตุนี้คลื่นที่แผ่ออกมาจากแหล่งกำเนิดในทิศทางตรงกันข้ามที่โคจรรอบโลกบนเส้นทางวงกลมใหญ่จึงรบกวนซึ่งกันและกันที่ความถี่บางความถี่[20] คลื่นที่มีทิศทางตรงกันข้ามเหล่านี้จะอยู่ในเฟสและเพิ่ม (เสริมกำลัง) ทำให้เกิดคลื่นนิ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง โพรงโลก–ไอโอโนสเฟียร์ทรงกลมปิดทำหน้าที่เป็นเครื่องสะท้อนเสียงในโพรงขนาดใหญ่ ซึ่งช่วยเพิ่มการแผ่รังสีของความถี่ต่ำสุด ที่ความถี่เรโซแนนซ์ของมัน สิ่งเหล่านี้เรียกว่า ชูมาน์เรโซแนนซ์ Schumann resonances ตามชื่อนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน วินฟรีด ออตโต ชูมาน์ ซึ่งทำนายไว้ในปี พ.ศ. 2495[21][22][23][24] และถูกตรวจพบในคริสต์ทศวรรษ 1950 โดยการสร้างแบบจำลองโพรงโลกและไอโอโนสเฟียร์ด้วยผนังที่นำไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์แบบ ชูมาน์คำนวณว่าเสียงสะท้อนควรเกิดขึ้นที่ความถี่ของ[20]

f n = 7.49 n ( n + 1 )   Hz . {\displaystyle f_{n}=7.49{\sqrt {n(n+1)}}\ {\text{Hz}}.}

ความถี่ที่แท้จริงแตกต่างไปจากนี้เล็กน้อยเนื่องจากคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของชั้นบรรยากาศรอบนอก ชูมาน์เรโซแนนซ์อยู่ที่ประมาณ 7.83 เฮิรตซ์ ซึ่งเป็นความถี่ที่ความยาวคลื่นเท่ากับเส้นรอบวงของโลก และฮาร์โมนิคที่สูงกว่าเกิดขึ้นที่ 14.1, 20.3, 26.4 และ 32.4 เฮิรตซ์ เป็นต้น สายฟ้าฟาดทำให้เสียงสะท้อนเหล่านี้ตื่นเต้น ส่งผลให้โลก–โพรงไอโอโนสเฟียร์จะ "ดัง" เหมือนระฆัง ส่งผลให้สเปกตรัมเสียงมีจุดสูงสุดที่ความถี่นี้ ดังนั้นชูมาน์เรโซแนนซ์จึงสามารถใช้เพื่อติดตามกิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนองทั่วโลกได้

ความสนใจในชูมาน์เรโซแนนซ์เริ่มกลับมาอีกครั้งในปี พ.ศ. 2536 เมื่ออี. อาร์. วิลเลียมส์ แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความถี่เสียงสะท้อนกับอุณหภูมิอากาศเขตร้อน โดยเสนอว่าเสียงสะท้อนนั้นสามารถใช้เพื่อติดตามภาวะโลกร้อนได้[25][20]