Chmury (łac. nazw nimbus) poza azotem i tlenem zawierają mikroskopijne cząsteczki cieczy (głównie wody) lub ciał stałych (lodu np. w chmurze gradowej), mogą zawierać śnieg lub mieszaninę wszystkich poprzednich oraz części pyłowe pochodzenia naturalnego lub sztucznego; innymi słowy jest to zawiesina różnych form wody w swobodnej atmosferze w pewnej odległości od ziemi.

Ilość wody w chmurach (wodność chmury) waha się od ułamka grama do kilku gramów w 1 m³ powietrza. Promień kropli wody w chmurze wynosi od 0,002 do 0,01 mm. Większe krople wody spadają na ziemie w postaci opadów. Prędkość opadania kropli wody nie przekracza 30 cm/s, wskutek czego chmura może utrzymywać się w powietrzu przez długi czas, nawet przy słabych prądach pionowych w atmosferze. Prędkość opadania kryształków lodu jest jeszcze mniejsza.

Chmury są przenoszone prądami powietrza nad różne obszary, nad którymi zalega powietrze o różnej wilgotności. W związku z tym obserwujemy często zjawisko zanikania chmur (wyparowują) lub ich narastania. W rezultacie obraz chmur na niebie stale się zmienia. Różnorodność form i kształtów chmur jest fascynująca dla obserwatora. Mimo to powstawaniem lub rozpraszaniem chmur kryją się zawsze te same procesy.

• Miejsce powstawania

Chmury powstają głównie w troposferze, formując się w różnych odległościach od powierzchni Ziemi: od średniego poziomu morza do 18 km w małych szerokościach geograficznych, do 13 km w szerokościach umiarkowanych i do 8 km nad obszarami polarnymi. Niekiedy chmury można zaobserwować również w stratosferze i mezosferze (obłoki świecące, obłoki iryzujące).

• Kondensacja

Chmury powstają w wyniku kondensacji pary wodnej, czyli przejściu znajdującej się w powietrzu pary wodnej ze stanu gazowego w ciekły lub resublimacji tj. przejściu pary wodnej w stan stały skupienia (lód). Inaczej mówiąc ciepłe powietrze unosi się do góry jednocześnie np. pod wpływem prądów konwekcyjnych ulegając ochłodzeniu, aż do momentu osiągnięcia takiego stopnia nasycenia parą wodną (temperatura punktu rosy), w którym nadmiar pary przekształca się w krople wody lub kryształki lodu. I odwrotnie, gdy masy powietrza ulegają ogrzaniu, krople wody i kryształy lodu wyparowują i chmura znika. Ilość pary wodnej, czyli wody w postaci gazu znajdującej się w powietrzu, zależy od jego temperatury. Im niższa temperatura, tym mniejsza ilość pary wodnej nasyca powietrze.

• Jądra kondensacji i zamarzania

Oziębienie poniżej temperatury punktu rosy jest warunkiem niezbędnym, ale niewystarczającym. Aby powstała chmura, w atmosferze muszą znajdować się mikroskopijne cząstki, tak zwane jądra kondensacji, na których osiada para wodna. Takie cząstki to na przykład produkty spalania, cząsteczki soli dostające się do atmosfery z bryzgów fal morskich, pyły wulkaniczne itp. Podobny warunek występuje w przypadku zamarzania kropli wody - mimo przechłodzenia ich nawet do kilkudziesięciu stopni poniżej zera nie będą one zamarzać jeśli niebędzie w powietrzu jąder zamarzania. Najefektywniejszymi jądrami zamarzania są kryształki lodu. "Czyste" powietrze np. nad morzem zawiera około 1000 jąder kondensacji w 1 cm³, zaś zanieczyszczone około 10 000 w cm³, maksymalnie do ok. 40000. Nad lądem średnia gęstość jąder kondensacji wynosi 5-15 tys. w 1cm³, a na terenach przemysłowych liczba ta może sięgać kilku milionów.

Jeżeli kondensacja zachodzi bezpośrednio przy powierzchni Ziemi, wówczas produkty jej nazywają się mgłami. Zasadniczej różnicy w budowie chmur i mgieł nie ma. W górach spotyka się takie przypadki, że chmura tworzy się na samym zboczu górskim. Obserwatorowi, patrzącemu z dołu, z doliny, zjawisko będzie wydawać się chmurą, obserwatorowi znajdującemu się na samym zboczu - mgłą.

Co się dalej stanie zależy od wilgotności względnej czyli ilości wody zawartej w powietrzu w porównaniu do ilości wody jaką powietrze jest w stanie przy aktualnej temperaturze utrzymać. Powstający wówczas obłok w przypadku zmniejszania się wilgotności względnej wyparowuje, natomiast w sytuacji odwrotnej część produktów kondensacji pary wodnej tworzących chmurę zwiększa swoją objętość i ciężar na tyle, że może wypaść z chmury w postaci opadu atmosferycznego. Tą drogą woda z atmosfery powraca na powierzchnię Ziemi.

Pojedyncze chmury istnieją bardzo krótko; np. czas indywidualnego istnienia chmur kłębiastych wynosi niekiedy zaledwie 10-15 minut. Znaczy to, że niekiedy powstałe kropelki wody, z których składa się chmura, ponownie szybko parują. Nawet, jeżeli chmura istnieje bardzo długo, nie oznacza to, że jest ona niezmienna i przez czas dłuższy składa się z jednych i tych samych cząstek. W rzeczywistości w chmurach odbywają się stale procesy powstania coraz nowych cząstek oraz ich zanikania-parowania (często mówi się nieprawidłowo-topnienia). Jedne elementy chmury parują, inne na ich miejsce powstają ponownie. Istnieje przez czas dłuższy tylko pewien określony proces tworzenia się chmury; sama chmura natomiast jest tylko widzialną w danym momencie częścią ogólnej masy wody, biorącej udział w tym procesie.

Szczególnie wyraźnie występuje to podczas powstawania chmur nad górami. Jeżeli powietrze bez przerwy porusza się przez górę, to na pewnej wysokości przy wznoszeniu oziębia się adiabatycznie o tyle, że powstają chmury. Wydaje się, że chmury te są nieruchomo przywiązane do grzbietu pasma górskiego, lecz w rzeczywistości przesuwając się wraz z powietrzem, wciąż one parują w przedniej części, tam gdzie przepływające powietrze zaczyna opadać w dół, i wciąż tworzą się ponownie w części tylnej z nowej pary wodnej, przynoszonej przez powietrze wznoszące się.

Wrażenie, że chmury są jakby zawieszone w powietrzu, jest również złudne. Jeżeli bowiem chmura nie zmienia swej wysokości, nie znaczy to wcale, że składające się na nią elementy nie wypadają. Ciekła lub stała cząstka może chmurze opadać w dół, lecz po osiągnięciu dolnej granicy chmury trafia powietrze nienasycone i tu paruje. Ruch turbulencyjny powietrza również powoduje, że te bardzo małe kropelki i kryształki nie opadają wcale na ziemię, lecz przez czas dłuższy unoszą się w powietrzu, przesuwając się to w górę, to w dół wraz z innymi poruszającymi się wskutek turbulencji cząstkami powietrza. W wyniku będzie wydawać się, że chmura pozostaje przez czas dłuższy na tym samym poziomie.