Le nuvole cumulonimbus si formano quando l'aria calda e carica di umidità viaggia verso l'alto e si raffredda, condensandosi in un alto corpo di goccioline d'acqua. Le nuvole cumulonimbus possono raggiungere fino a 10 chilometri di altezza e assumere un -estitura superiore a causa dei forti venti ad alta quota. Le nuvole cumulonembo sono alte, come normali cumuli, e producono precipitazioni come le altre nuvole di nimbo.
Le nuvole cumulonimbus sono all'origine di alcune delle condizioni meteorologiche più severe che si verificano sulla Terra. Sono anche frequenti fonti di fulmine, poiché sono altamente energetiche. Mentre queste nuvole sono in grado di formare supercelle e causare inondazioni improvvise e altre catastrofi, raramente lo fanno a lungo. Queste nuvole richiedono una grande quantità di energia per sostenere, e sono spese nel causare condizioni meteorologiche avverse.
Le nuvole cumulonimbus si formano relativamente vicine al suolo, almeno nella parte inferiore, a causa della grande quantità di calore necessaria per formarle e della natura delle correnti ascensionali. Una corrente ascensionale inizia quando il calore si irradia dal terreno verso l'aria, riscaldandolo e facendolo salire. Questo movimento dell'aria, a causa delle differenze termiche, non è solo la causa del cumulonembo e di altri cumuli, ma alla fine è la causa della maggior parte delle condizioni meteorologiche sulla Terra.
