Oavsett typ av moln är de grundläggande principerna bakom hur de bildas desamma. Luft som innehåller vattenånga stiger, vattenångan kondenserar ur luften och en synlig kropp av vattenånga, eller moln, bildas. Det finns flera typer av moln, men de grundläggande klassificeringarna är stratus, cirrus och cumulus.
Det första steget i ett molns bildning är avdunstning, transpiration och uppvärmning av luft. Avdunstning och transpiration, gemensamt kallad evapotranspiration, är viktiga delar av den hydrologiska cykeln. Avdunstning sker när en vattenkropp, som en sjö eller ett hav, värms upp av solen så att vattnet på ytan sublimeras eller förvandlas till en ånga. Under transpiration ”svettar” växter vatten genom sina blad och stjälkar som en del av en avkylningsprocess. Detta vatten förvandlas sedan till ånga och blandas med luft. På samma sätt kan vatten från jorden också förvandlas till ånga när det utsätts för värme och luft.
Som en konsekvens av att mark- och vattenytorna blir varma värms även luften nära dem upp. Eftersom varm luft är mindre tät än kall luft, börjar den uppvärmda luften stiga upp i atmosfären. När ångpaketet stiger sjunker atmosfärstrycket och paketet börjar expandera. Denna expansion får ångan att svalna, och kylningen gör att vattnet kondenserar eller klumpar ihop sig i luften. Detta beror på att kall luft inte kan hålla lika mycket vattenånga som varm luft.
För att sammanfatta, värmen gör att luftpaketet stiger, tryckfallet på ökande höjder orsakar expansion av luften, expansion av luft orsakar kylning och kylningen orsakar kondensering av vatten ur luften i form av vätskedroppar . Temperaturen vid vilken kondenseringen börjar kallas daggpunkten. Daggpunkten uppstår när luften är mättad, eller håller så mycket vattenånga som den kan, givet dess temperatur och tryck. Mer vatten fortsätter att kondensera när luften stiger, tills luftpaketet når samma temperatur som den omgivande atmosfären, eller dess jämviktstemperatur. Om vattenångan kondenserar till tillräckligt med flytande vatten för att bli synlig kallas det ett moln.
Formerna och typerna av moln beror till stor del på hur länge ångpaketet stiger efter att det når daggpunkt, eller med andra ord, avståndet det stiger mellan daggpunktstemperatur och jämviktstemperatur. Ett luftpaket som fortsätter att stiga under lång tid efter att ha nått daggpunkten kommer att skapa en hög, fluffig massa, till exempel ett cumulusmoln. Denna typ är pösig och har definierade kanter. Ett luftpaket som når jämvikt nästan samtidigt som det når daggpunkt kommer att skapa en plattare, skiktad massa, vanligtvis ett stratusmoln. De formar sig lågt mot marken och ser ut som en grå filt.
En särskilt varm dag kan det ta mycket lång tid för luftpaketet att svalna, vilket orsakar en hög molnbildning. Cirrusmoln, även kända som ”stos svansar”, är fläckiga eller fjädrande massor som sitter så högt i atmosfären att deras droppar kristalliserar. Det kan finnas kombinationer av molnklassificeringar, som cirrostratus eller cirrocumulus. En nimbus är ett moln som producerar nederbörd.