De um modo geral, as nuvens se formam a partir da condensação do vapor d'água existente na atmosfera formando gotículas de água. Se a nuvem atingir altitudes maiores, devido à diminuição da temperatura com aaltitude, as gotículas de água podem se transformar em gotículas de água super-resfriada, isto é, gotículas no estado líquido a temperaturasinferiores a 0° C, ou mesmo partículas de gelo. As nuvens de tempestadedistinguem-se das outras formas de nuvens pelo seu tamanho, pela sua grande extensão vertical, pela presença de gotículas de água super-resfriadas partículas de gelo e por apresentarem fortes correntes verticais de ar. O processo de formação das nuvens de tempestade na atmosfera depende basicamente de três fatores: a umidade do ar, o grau de instabilidade vertical da atmosfera, o qual está relacionado à variação de temperatura com a altura, e a existência de mecanismos dinâmicos conhecidos como forçantes que empurrem o ar para cima.

A umidade está relacionada à quantidade de vapor d'água existente no ar. Já o grau de instabilidade vertical da atmosfera está associado com avariação vertical da temperatura e representa a capacidade da atmosferade permitir com que uma parcela de ar suba na vertical a partir de uma perturbação inicial. Quando a parcela atinge o nível de congelamento (correspondente à temperatura em torno de 0° C), as gotículas de água líquida contida nela tendem a congelar. Devido ao pequeno número de núcleos de condensação necessários para que ocorra o congelamento, algumas gotículas de água permanecem no estado líquido como gotículas deágua super-resfriada. Continuando a subir, uma maior parte das gotículas de água super-resfriada vai gradativamente congelando, formando pequenas partículas de gelo. As gotículas de água super-resfriada que atingirem o nível onde a temperatura é igual a -40° Ctransforma-se instantaneamente em partículas de gelo.

As forçantes, por sua vez, atuam de modo a empurrar o ar para cima, fornecendo energia para que ele possa superar a região estável. Exemplosde forçantes são as frentes, as brisas marítimas, os ventos soprando emdireção a uma montanha, áreas com convergência horizontal de ventos, asilhas de calor e as frentes de rajada associadas às tempestades. Frentes são regiões de transição entre duas massas de ar de diferentes densidades, normalmente uma mais quente e úmida do que a outra. Se a massa de ar mais fria move-se de encontro à massa de ar mais quente, a frente é denominada frente fria. No caso oposto, tem-se uma frente quente. Também podem ocorrer frentes estacionárias e frentes que se sobrepõem, denominadas frentes oclusas. Algumas vezes mais de uma forçante pode estar atuando simultaneamente. Uma típica zona de convergência de ventos é a zona de convergência intertropical (ITCZ). A zona de convergência intertropical é uma zona de convergência entre os ventos provenientes de ambos os hemisférios com uma largura de algumas centenas de quilômetros e situada próxima ao equador.

Uma típica nuvem de tempestade contém algo em torno de meio milhão detoneladas de gotículas de água e partículas de gelo de diferentes tamanhos, das quais cerca de 20% atingem o solo sob a forma de chuva. O restante evapora ou fica na atmosfera sob a forma de nuvens. Dentro da nuvem estas partículas tendem a ser levadas para cima por fortes correntes de ar ascendentes com velocidades que variam desde alguns poucos quilômetros por hora até 100 km/h. Ao mesmo tempo, devido à gravidade, elas tendem a cair.