O ar quente sobe e o ar frio desce porque as moléculas de ar frio estão densamente juntas, tornando-as mais pesadas, e as moléculas de ar quente têm mais espaço entre elas, tornando-as quentes o suficiente para subir. É para este é o motivo pelo qual os balões de ar quente se movem para cima. Além de a temperatura afetar a densidade do ar, a umidade desempenha um papel importante.
Quando o ar aquece, ele absorve a energia do calor. Essa energia força a separação das moléculas, tornando-as menos densas. Quando o ar frio mais pesado afunda no solo, ele força o ar quente para cima. O ar quente começa a subir até atingir uma área onde a densidade corresponde à sua. A pressão da terra também desempenha um papel em forçá-la para cima.
É possível observar este princípio quando um balão de ar quente sobe. Quando o ar quente enche o balão, ele se torna mais leve do que o ar do ambiente ao seu redor. Conforme o ar é resfriado, ele afunda novamente no solo.
Quando o ambiente ao redor do ar é úmido, é mais leve do que quando está seco. Isso ocorre porque a água desloca nitrogênio e oxigênio, que são ambos pesados. Como tal, o tipo de ar mais pesado é frio e seco. Quando o ar quente e úmido sobe, ele eventualmente esfria e forma uma nuvem. Como esse ar é pesado, ele começa a cair na forma de chuva.
