Ciężka pogoda jest spowodowana procesem zwanym konwekcją, który występuje, gdy ciepłe powietrze jest zmuszane do podniesienia, aby pomieścić przychodzące zimne powietrze. Ponieważ zimne powietrze ma wyższą gęstość niż ciepłe powietrze, gdy ciepłe powietrze styka się z zimnym frontem, powietrze z napływającego zimnego przodu przesuwa ciepłe powietrze, przesuwając je do góry, tworząc warunki konieczne do ciężkiej pogody lub burzy.
Gdy kryształki lodu i krople wody poruszają się chaotycznie w obrębie chmury, ich ruch powoduje, że atomy w pobliżu wierzchołka chmury stają się dodatnio naładowane, podczas gdy atomy niższe w środku i dnie chmury stają się naładowane ujemnie. Ruch między przeciwstawnymi ładunkami wytwarza napięcie. Napięcie gromadzi się w systemie, dopóki nie osiągnie wystarczająco dużego punktu, aby wymusić rozładowanie, powodując piorun i grzmot. Błyskawica jest efektem wizualnym i uwalnia duże ilości ciepła. Uwolnione ciepło rozszerza się, powodując grzmot. Po wyładowaniu proces się powtarza. Deszcz podczas trudnych warunków pogodowych wynika z podniesienia ciepłego powietrza. Gdy ciepłe powietrze unosi się, zaczyna schładzać się i skraplać. Krople wody powstające w procesie kondensacji są gęstsze niż otaczające powietrze, więc spadają na ziemię w czasie deszczu.
