Les orages se caractérisent par des nuages qui se forment à la verticale. Ils se forment surtout en été, lorsque l’air s’élève sous l'effet d'un fort rayonnement solaire et que la vapeur d’eau qu’elle contient se condense. Les gouttelettes d’eau qui forment les nuages et qui s'élèvent se frottent les unes aux autres et se chargent. Lorsque la tension qui en résulte est libérée, elle se manifeste par des éclairs et du tonnerre.
L’éclair et le tonnerre associé caractérisent les orages. Ils se produisent généralement en été, lorsque le rayonnement solaire entraîne la formation d’épais nuages.
L'éclair, phénomène caractéristique d'un orage, est le résultat de processus complexes. Les courants turbulents dans le nuage provoquent des collisions entre les particules de grésil, de grêle, de glace et d'eau. Lors de ces collisions, les particules se chargent électriquement, ce qui donne naissance à des particules chargées positivement et négativement. Elles sont transportées en fonction de leur poids dans différentes zones du nuage, où les porteurs de charge positifs et négatifs s'accumulent de préférence. Il en résulte la formation de deux ou plusieurs pôles au sein du nuage, qui forment un champ de tension électrique.
Au début, l'air entre les particules chargées agit comme un isolant efficace qui sépare les deux pôles. Si la tension électrique entre les pôles (différence de potentiel) devient trop importante, il se produit une sorte de court-circuit sous forme de multiples mouvements saccadés des charges qui permettent de réduire la tension. Cette décharge est visible sous forme d'éclair.
Le tonnerre se produit lorsque l'air dans le canal de décharge d'un éclair s'échauffe et se dilate rapidement de manière explosive. L'onde de choc qui en résulte se manifeste par une forte détonation à proximité immédiate de l'orage. Elle se propage à la vitesse du son (330 mètres par seconde) en formant un cercle à partir de l'endroit où la foudre a frappé. L'onde de choc s'affaiblit et s'entend avec une distance croissante comme un bruit de roulement ou de broyage. Cela correspond au tonnerre.
Trois conditions doivent être remplies pour que des nuages d'orage se forment :
Les jours d'orage, de grandes quantités de vapeur d'eau s'accumulent souvent dans les couches d'air proches du sol. Les nuages convectifs qui se forment thermiquement sont normalement empêchés de croître verticalement vers les étages moyens et supérieurs de la troposphère (au-dessus de 4 km) par une inversion de température. Un mécanisme supplémentaire est donc nécessaire pour fournir l'énergie requise afin que le nuage puisse franchir cette barrière et se développer dans les couches d'air supérieures. En Suisse, ce sont généralement les vents de pente et les vents de vallée dans les montagnes qui assurent ce processus.
Le cycle de vie d'une cellule orageuse peut être représenté de manière simplifiée en trois phases : Formation, phase de maturation et dissolution.
En Suisse, ce sont majoritairement les montagnes qui fournissent le mécanisme de soulèvement (trigger) nécessaire à la formation d'orages. Les vents de pente et de vallée pompent l'air réchauffé au-dessus du corps montagneux vers le haut et font en sorte que l'air converge davantage au-dessus des crêtes, des crêtes et des sommets. L'air qui gonfle en permanence dissout l'inversion au fil du temps, de sorte que les tours d'orage s'élèvent dans le ciel au cours de l'après-midi, ce qui permet aux nuages d'accumuler une grande tension électrique.
Si des processus de précipitations sont déjà en cours, l'air froid qui se propage joue souvent le rôle de déclencheur dans une deuxième phase. L'air froid se propage latéralement près du sol et soulève l'air chaud. Grâce à cette poussée supplémentaire, des nuages convectifs plats parviennent à percer une inversion existante et à grossir pour former une deuxième cellule orageuse (cellule secondaire).
Les jours d'orage, ces ingrédients et processus varient en fonction du lieu et du moment de la journée et s'influencent mutuellement. Il est difficile de pondérer correctement ces facteurs et d'établir ainsi une prévision précise de l'évolution des orages. Souvent, seules de vagues déclarations à l'échelle régionale et à court terme, de quelques heures à quelques jours, sont possibles.