Nuvens cumulonimbus se formam quando o ar quente e úmido viaja para cima e é resfriado, condensando-se em um corpo alto de gotículas de água. As nuvens cumulonimbus podem atingir até 10 quilômetros de altura e assumir uma forma plana -parência tapa devido aos fortes ventos em grandes altitudes. As nuvens cumulonimbus são altas, como as nuvens cumulus regulares, e produzem precipitação como outras nuvens nimbus.
As nuvens cumulonimbus estão por trás de algumas das condições meteorológicas mais severas que ocorrem na Terra. Eles também são fontes frequentes de relâmpagos, pois são altamente energéticos. Embora essas nuvens sejam capazes de formar supercélulas e causar enchentes e outras catástrofes, raramente o fazem por muito tempo. Essas nuvens requerem uma grande quantidade de energia para se sustentar, e ela é gasta causando clima severo.
As nuvens cumulonimbus se formam relativamente perto do solo, pelo menos em seu lado inferior, devido à grande quantidade de calor necessária para formá-las e à natureza das correntes ascendentes. Uma corrente ascendente começa quando o calor irradia do solo para o ar, aquecendo-o e fazendo-o subir. Esse movimento do ar, por causa das diferenças térmicas, não é apenas a causa do cúmulonimbus e de outras nuvens cúmulos, é, em última análise, a causa da maior parte do clima na Terra.
