Picăturile de ploaie se formează deasupra nivelului de condens, nivel care este variabil în funcție de umiditatea, presiunea și temperatura maselor de aer.
În momentul formării lor, picăturile au dimensiuni atomice și formă sferică. Pe măsură ce cresc, ele se aplatizează la bază datorită frecării cu aerul și se alungesc în partea superioară, ca un ou, luând o formă aerodinamică pe măsură ce viteza lor crește până la o viteza de echilibru. Datorită frecării cu aerul, picăturile se încălzesc ușor, astfel încât uneori se pot evapora parțial; acest fenomen depinde de umiditatea presiunea și temperatura mediului înconjurător. Deasupra nivelului de condens, picăturile nu se evaporă, dar pe măsură ce coboară, ele pot evapora complet, iar vaporii de apă sunt antrenați din nou de masele de aer.
Prin mișcarea maselor de aer, picăturile se unesc, devenind din ce în ce mai mari. De obicei, picăturile de ploaie condensează pe particule de praf, astfel încât în interiorul unei picături există mereu un grăunte de praf.
În cazul formării picăturilor de ploaie în interiorul unui nor Cumulonimbus, inițial mărimile fizice ale masei de aer care trece în ascensiune prin nivelul de condens suferă transformări de temperatură, presiune și viteză.
Totul pleacă de la soare: acesta încălzește diferit suprafețele terenului și ale apei. Energia fotonilor absorbită de sol, în funcție de albedou, se transformă parțial în căldură. Solul și suprafețele acoperite de apă încălzesc masele de aer din apropiere, astfel încât vom avea mase de aer cu umidități și presiuni diferite. Aerul mai cald și cu presiune mai mică este antrenat pe verticală de diferențele de presiune, formând mase de aer ascendente și descendente iar vaporii de apa sunt antrenati de aceste mase de aer.
Când masele de aer ascendente ajung la nivelul de condens, vaporii de apă condensează și eliberează energia absorbită inițial de la sol. Astfel, aerul se încălzește, își mărește volumul și scade presiunea, accelerând mișcarea ascendentă. În acest moment se formează norii.
Apa trecând în stare lichidă își micșorează volumul și începe mișcarea descendentă, de obicei într-un curent de aer ascendent. În urcare, picăturile acumulează energie potențială. Cum picăturile sunt încă foarte mici și viteza lor de cădere inițială este mai mică decât cea a maselor de aer, ele sunt antrenate pe verticală. În interiorul unui nor Cumulonimbus, viteza maselor de aer pe verticală poate ajunge până la 30 m/s.
Pe măsură ce picăturile se formează și încep să cadă datorită gravitației, ele experimentează rezistență la înaintare prin frecarea cu aerul, exact ca orice particulă sau corp care se deplasează printr-un fluid. Această frecare le deformează forma: baza se aplatizează, partea superioară se alungește și picăturile iau o formă aerodinamică. Frecarea produce și o ușoară încălzire, iar în condiții de umiditate scăzută, picăturile se pot evapora parțial. Forța de rezistență determină viteza maximă de cădere a picăturilor, cunoscută ca viteza terminală, la care accelerația devine zero.
Pe măsură ce cad, picăturile se ciocnesc între ele și cresc în volum, cele mai mari inglobând pe cele mai mici. Dacă masele de aer ajung la temperaturi negative, picăturile îngheață, formând grindină sau zăpadă. Aerul se răcește în medie cu aproximativ 1 °C la fiecare 100 m altitudine, astfel că dacă la sol sunt 20 °C, la un plafin de 1000 de metri yemperatura este de circa 10 °C si la 2000 m avem aproximativ 0 °C. Plafonul norilor depinde de nivelul de condens si se formeaza acolo unde umiditatea ajunge la 100%.
Când picăturile devin solide, volumul lor crește, devin mai ușoare și viteza de cădere scade. Cristalele de gheață sau fulgii continuă să crească în interiorul norului, până când curenții descendenți îi scot spre marginea norului, de unde cad pe pământ sau daca sunt foarte grele pot cadea si direct prin curentii ascendenti, încheind astfel aventura picăturilor de ploaie.
