Awan cumulonimbus adalah salah satu awan terbesar yang terbentuk dalam pola cuaca bumi. Penampilannya yang tinggi seperti kolom, sering kali dengan bagian atas yang rata, dapat mengindikasikan petir yang hebat, hujan lebat, dan angin kencang. Awan badai terbentuk dari naiknya udara hangat yang mendingin dan menciptakan es di ketinggian yang lebih tinggi, atau ketinggian di atas tanah, dan hujan di tingkat yang lebih rendah. Mereka juga dapat menciptakan hujan es dan tornado yang dapat menyebabkan kerusakan tanaman dan harta benda, dan cedera pada manusia dan hewan.
Saat matahari menghangatkan tanah, udara mulai naik ke atmosfer. Jika kelembaban atau uap air cukup, awan dapat terbentuk. Pembentukan cumulonimbus dimulai dengan awan cumulus yang lebih kecil, yang tidak menunjukkan cuaca buruk. Jika udara yang naik terus mendorong ke atas, awan kumulus bisa naik menjadi kumulus yang menjulang tinggi, dengan ketinggian puluhan ribu kaki atau meter. Pembentukan tetesan hujan melepaskan panas, dan energi yang cukup dapat dihasilkan untuk membentuk awan yang semakin besar.
Ketika petir mulai terjadi, awan cumulonimbus telah berkembang, dan sekarang ada badai petir. Badai petir dapat terjadi sebagai formasi awan tunggal, sering disebut badai massa udara atau sel terisolasi. Mereka juga dapat berbaris di sepanjang batas frontal, yang merupakan garis antara massa udara yang lebih hangat dan lembab dan sistem udara yang lebih dingin dan kering. Garis badai ini sering disebut badai garis badai, dan dapat menciptakan cuaca buruk.
Awan terus berubah, dan awan cumulonimbus tidak terkecuali. Mereka menjalani siklus hidup, dengan setiap fase memiliki tanda-tanda atau karakteristik. Tahapan ini umumnya dikenal sebagai berkembang, matang, dan menghilang.
Awan cumulonimbus yang berkembang menyerap panas dari udara yang naik, dengan hujan dan es terbentuk pada ketinggian yang berbeda. Saat tetesan hujan melepaskan lebih banyak panas, aliran udara yang naik dengan cepat dapat terbentuk di sistem awan. Jika kelembaban cukup terbawa dan es menumpuk atau saling menempel, hujan es dapat terbentuk.
Awan cumulonimbus dewasa biasanya disebut badai petir. Petir terjadi karena energi listrik dihasilkan dari gesekan air di awan. Bentuk awan menjulang seperti kolom dengan bentuk atas datar, sering disebut landasan. Landasan ini disebabkan ketika udara berkecepatan tinggi, yang disebut aliran jet, mendorong bagian atas badai ke depan kolom.
Badai petir yang matang dapat menghasilkan angin kencang dari aliran udara dingin ke bawah yang meninggalkan dasar awan, yang dikenal sebagai semburan mikro atau front embusan angin. Hujan lebat dan seringnya kilat menunjukkan badai dewasa sedang berlangsung. Hujan es sering terlihat di daerah-daerah di depan badai, karena kristal es yang terakumulasi menjadi terlalu berat dan jatuh sebelum badai.
Beberapa kondisi cuaca dapat menciptakan badai petir yang lebih berbahaya. Badai super sel adalah awan cumulonimbus dewasa dengan rotasi internal, yang disebut mesocyclone. Udara yang bergerak ke arah yang berbeda pada ketinggian yang berbeda menyebabkan sel super berputar, yang dapat menyebabkan tornado atau angin kencang. Sel super bisa menjadi sistem yang sangat stabil, dan cuaca berbahaya dapat terjadi untuk waktu yang lama dalam jarak yang jauh.
Saat badai berlanjut, hujan turun melalui awan, menghilangkan kelembapan dan mengubah aliran udara. Panas yang menyebabkan aliran udara ke atas dengan cepat dalam badai yang sedang berkembang telah hilang dan badai mulai menghilang, dengan beberapa area hujan tetapi lebih sedikit angin. Struktur awan yang menjulang mulai pecah, dan awan cumulonimbus menjadi lapisan awan yang lebih seragam atau menghilang.
Jenis awan lainnya dapat menunjukkan bahwa badai akan datang. Awan Cirrus adalah lapisan kristal es yang sangat tipis di ketinggian, sering disebut tipis atau seperti bulu. Kristal es ini sebenarnya adalah puncak awan cumulonimbus agak jauh yang telah didorong ke depan oleh angin ketinggian tinggi, yang disebut aliran jet. Awan Cirrus dapat menjadi indikasi bahwa cuaca badai akan datang satu atau dua hari lagi, karena aliran jet bergerak lebih cepat daripada daerah badai.