Nước ở sông, hồ, biển và cả từ lá cây liên tục bốc hơi thành hơi nước vô hình bay lên không trung nhờ sức nóng của Mặt Trời. Càng lên cao, không khí càng lạnh, nên hơi nước gặp lạnh bắt đầu ngưng tụ lại quanh những hạt bụi, phấn hoa hay muối biển li ti trong khí quyển, tạo thành vô số giọt nước cực nhỏ lơ lửng mà ta nhìn thấy như một đám mây. Bên trong đám mây, các giọt nước bé xíu này không ngừng va chạm và dính vào nhau, lớn dần lên theo thời gian. Khi giọt nước đủ nặng, đến mức trọng lực thắng được luồng khí đang nâng nó lên, nó sẽ rơi xuống mặt đất và trở thành một hạt mưa.

Nguyên nhân cốt lõi là chu trình nước, gồm ba giai đoạn nối tiếp là bốc hơi, ngưng tụ và giáng thủy. Bốc hơi cần nhiệt từ Mặt Trời để biến nước lỏng thành hơi; ngưng tụ xảy ra khi hơi nước gặp không khí đủ lạnh, thường ở độ cao vài km, khiến nó chuyển ngược lại thành thể lỏng quanh các hạt nhân ngưng tụ. Giáng thủy là giai đoạn cuối, khi những giọt nước trong mây lớn tới mức không còn lơ lửng được nữa. Luồng khí đối lưu mạnh, ví dụ khi mặt đất bị nung nóng vào buổi trưa hè, đẩy hơi nước lên rất nhanh và tạo ra những đám mây giông dựng đứng, nên mưa rào thường đến bất chợt và dữ dội hơn mưa từ mây tầng thấp, đều đều.

Bạn có thể quan sát cả chu trình này chỉ trong một buổi chiều hè điển hình. Buổi sáng nắng gắt làm hơi nước bốc lên ồ ạt từ ruộng đồng, ao hồ; đến gần trưa, những đám mây trắng bồng bềnh bắt đầu xuất hiện và dày lên trông thấy; và tới chiều, khi mây đã chuyển màu xám xịt, một cơn mưa rào bất chợt trút xuống kèm sấm chớp. Ở quy mô nhỏ hơn, hơi nước bám trên nắp nồi cơm đang sôi rồi nhỏ giọt trở lại chính là mô hình thu nhỏ của cả quá trình mưa tự nhiên.

Nhiều người nghĩ hễ trời có mây là sẽ mưa, nhưng thực tế phần lớn các đám mây trôi qua bầu trời mỗi ngày không hề gây mưa, vì giọt nước trong đó chưa đủ lớn và đủ nặng để thắng được luồng không khí nâng đỡ. Cũng có người tin rằng mưa chỉ đơn giản là "nước từ trên trời rơi xuống" mà không biết đó là kết quả của cả một chu trình bốc hơi rồi ngưng tụ liên tục giữa mặt đất và bầu khí quyển. Hiểu đúng điều này giúp lý giải vì sao có ngày đầy mây vẫn nắng ráo, còn có ngày mây mỏng lại đổ mưa rào bất ngờ.