Uma típica nuvem de tempestade contém algo em torno de meio milhão de tonelada 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.
As nuvens se formam a partir da condensação do vapor d’água existente na atmosfera, que formam gotículas de água. Em altitudes maiores, a temperatura cai e as gotículas adquirem temperaturas menores que 0ºC e podem se tornar partículas de gelo. As nuvens de tempestade distinguem-se das outras formas de nuvens pelo seu tamanho, pela sua grande extensão vertical, pela presença de gotículas de água super-resfriadas e de 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 empurram o ar para cima. Exemplos de forçantes são as frentes, as brisas marítimas, os ventos soprando em direção a uma montanha, áreas com convergência horizontal de ventos, as ilhas de calor e as frentes de rajada associadas às tempestades.
A umidade está relacionada à quantidade de vapor d'água existente no ar. Já o grau de instabilidade vertical da atmosfera está associado com a variação vertical da temperatura e representa a capacidade da atmosfera de permitir 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 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 de água 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° C transformam-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. Em alguns casos, 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.
