Les cumulonimbus se forment lorsque l'air chaud et chargé d'humidité monte et se refroidit, se condensant en une grande masse de gouttelettes d'eau. Les cumulonimbus peuvent atteindre jusqu'à 10 kilomètres de hauteur et prendre une forme plate -apparence surmontée en raison des vents forts à haute altitude. Les cumulus sont à la fois hauts, comme les cumulus normaux, et produisent des précipitations comme les autres nuages nimbus.
Les cumulonimbus sont à l'origine de certaines des conditions météorologiques les plus sévères qui se produisent sur Terre. Ils sont également des sources fréquentes de foudre, car ils sont très énergétiques. Bien que ces nuages soient capables de former des supercellules et de provoquer des crues éclair et d'autres catastrophes, ils le font rarement pendant longtemps. Ces nuages exigent une grande quantité d'énergie pour se maintenir, et elle est dépensée pour provoquer des phénomènes météorologiques violents.
Les cumulonimbus se forment relativement près du sol, au moins sur leur face inférieure, en raison de la grande quantité de chaleur nécessaire à leur formation et de la nature des courants ascendants. Un courant ascendant commence lorsque la chaleur rayonne du sol dans l'air, le réchauffant et le faisant monter. Ce mouvement d'air, en raison des différences thermiques, n'est pas seulement la cause des cumulonimbus et autres cumulus, c'est finalement la cause de la plupart des conditions météorologiques sur Terre.
