Vào những ngày hè oi bức, mặt đất bị nung nóng dữ dội tạo ra luồng khí đối lưu cực mạnh bốc thẳng lên cao, đủ sức dựng nên những đám mây giông khổng lồ vươn cao tới 10, 15 km. Ở độ cao đó, dù mặt đất đang nóng tới 35, 36 độ C, nhiệt độ không khí đã xuống rất sâu dưới 0 độ C, vì càng lên cao trời càng lạnh. Những giọt nước bị luồng khí đẩy lên tới độ cao lạnh giá đó sẽ đóng băng thành hạt băng nhỏ; nếu luồng khí đủ mạnh, nó tiếp tục đẩy hạt băng lên xuống nhiều lần giữa các tầng mây, mỗi lần đi qua vùng lạnh lại phủ thêm một lớp băng mới, giống như nhúng một viên kẹo qua lớp đường nhiều lần.

Nguyên nhân cốt lõi là sự tương tác giữa luồng khí đối lưu cực mạnh và nhiệt độ cực lạnh ở tầng cao bên trong cùng một đám mây giông. Hạt băng chỉ rơi xuống thành mưa đá khi nó đã đủ nặng để thắng được luồng khí đang đẩy nó lên, và trong lúc rơi qua các tầng không khí ấm hơn gần mặt đất, nó vẫn giữ được thể rắn nếu quãng đường rơi đủ ngắn hoặc luồng khí đối lưu đủ lạnh xuống thấp. Mùa hè, dù mặt đất nóng, lại chính là thời điểm dễ có mưa đá nhất vì đó là lúc luồng khí đối lưu mạnh nhất, đủ sức tạo ra và duy trì những đám mây giông cao và dữ dội cần thiết; mùa đông tuy lạnh nhưng không khí thường ổn định, ít đối lưu mạnh nên hiếm khi có đủ điều kiện tạo mưa đá lớn.

Ở Việt Nam, mưa đá thường xuất hiện vào cuối xuân, đầu hè, đặc biệt ở các tỉnh miền núi phía Bắc như Lào Cai, Hà Giang, khi những cơn giông đầu mùa phát triển rất mạnh và dữ dội, có lúc hạt mưa đá to bằng quả trứng gà làm vỡ mái tôn, hư hại hoa màu. Ở nước Mỹ, "vùng lốc xoáy" cũng nổi tiếng với những trận mưa đá cỡ quả bóng golf hay lớn hơn vào giữa mùa hè, xuất phát từ những đám mây giông siêu mạnh đặc trưng của khu vực này.

Nhiều người cảm thấy khó tin khi thấy đá rơi giữa trời nắng nóng nên nghĩ đó là hiện tượng bất thường, hiếm gặp về mặt vật lý, nhưng thực chất mưa đá lại thường gắn liền chặt chẽ với chính cái nóng của mùa hè, vì cái nóng đó là nguồn năng lượng tạo ra luồng đối lưu mạnh cần thiết. Cũng có người nghĩ hạt mưa đá càng lớn thì đám mây phải càng lạnh hơn, trong khi thực ra kích thước hạt phụ thuộc vào việc nó được luồng khí đẩy lên xuống bao nhiêu lần trong mây, chứ không chỉ đơn thuần là nhiệt độ thấp tới đâu.