Pilvityypistä riippumatta niiden muodostamisen perusperiaatteet ovat samat. Vesihöyryä sisältävä ilma nousee, vesihöyry tiivistyy ilmasta ja muodostuu näkyvä vesihöyry tai pilvi. Pilviä on useita tyyppejä, mutta perusluokitukset ovat stratus, cirrus ja cumulus.
Pilven muodostumisen ensimmäinen vaihe on haihtuminen, haihtuminen ja ilman lämmittäminen. Höyrystyminen ja haihtuminen, joita yhdessä kutsutaan haihdutustehoksi, ovat elintärkeitä osia hydrologisessa syklissä. Haihtuminen tapahtuu, kun aurinko lämmittää vesistöä, kuten järveä tai merta, niin että pinnan vesi sublimoituu tai muuttuu höyryksi. Hengityksen aikana kasvit ”hikoilevat” vettä lehtien ja varren läpi osana jäähdytysprosessia. Tämä vesi muuttuu sitten höyryksi ja sekoittuu ilman kanssa. Samoin maaperän vesi voi myös muuttua höyryksi altistuessaan lämmölle ja ilmalle.
Koska maaperä ja vesipinnat lämpenevät, myös niiden lähellä oleva ilma kuumenee. Koska kuuma ilma on vähemmän tiheää kuin viileä, lämmitetty ilma alkaa nousta ilmakehään. Kun höyrypaketti nousee, ilmanpaine laskee ja paketti alkaa laajentua. Tämä paisuminen saa höyryn jäähtymään ja jäähdytys saa veden tiivistymään tai kasautumaan yhteen ilmassa. Tämä johtuu siitä, että viileä ilma ei pysty pitämään niin paljon vesihöyryä kuin lämmin ilma.
Yhteenvetona voidaan todeta, että kuumuus aiheuttaa lentopaketin nousun, paineen lasku korkeammilla korkeuksilla aiheuttaa ilman laajenemista, ilman laajeneminen aiheuttaa jäähtymistä ja jäähdytys aiheuttaa veden tiivistymistä ilmasta nestemäisten pisaroiden muodossa . Lämpötilaa, jossa kondensoituminen alkaa, kutsutaan kastepisteeksi. Kastepiste ilmenee, kun ilma on kylläistä tai siinä on niin paljon vesihöyryä kuin mahdollista sen lämpötila ja paine huomioon ottaen. Lisää vettä tiivistyy ilman noustessa, kunnes lentopaketti saavuttaa saman lämpötilan kuin ympäröivä ilmakehä tai sen tasapainolämpötila. Jos vesihöyry tiivistyy tarpeeksi nestemäiseksi veteen, jotta se tulee näkyviin, sitä kutsutaan pilveksi.
Pilvien muodot ja tyypit riippuvat suurelta osin siitä, kuinka kauan höyrypala nousee kastepisteen saavuttamisen jälkeen, tai toisin sanoen etäisyydestä, joka se nousee kastepistelämpötilan ja tasapainolämpötilan välillä. Lentopaketti, joka jatkaa nousuaan pitkään kastepisteen saavuttamisen jälkeen, muodostaa korkean, pörröisen massan, kuten kumpupilven. Tämä tyyppi on turvonnut ja sillä on määritetyt reunat. Lentopaketti, joka saavuttaa tasapainon lähes samaan aikaan kun saavuttaa kastepisteen, luo tasaisemman, kerrostuneen massan, yleensä kerrospilven. Ne muodostavat matalan maanpinnan ja näyttävät harmaalta peitolta.
Erityisen kuumana päivänä lentopaketin jäähtyminen voi kestää hyvin kauan, mikä aiheuttaa korkean pilvien muodostumisen. Sirkuspilvet, jotka tunnetaan myös nimellä “tamman pyrstö”, ovat karkeita tai höyhenpeitteisiä massoja, jotka istuvat niin korkealla ilmakehässä, että niiden pisarat kiteytyvät. Pilviluokituksia voi olla yhdistelmiä, kuten cirrostratus tai cirrocumulus. Nimbus on pilvi, joka tuottaa sadetta.