强对流天气是地球大气复杂非线性运动的结果，也是多种尺度大气系统相互作用的结果，其形成需要充足的水汽、一定的不稳定条件和抬升触发机制。
强对流天气是空气强烈地垂直运动导致的。具体来说，其形成过程大致如下：白天地面不断吸收太阳发出的短波辐射，温度上升，并且放出长波辐射加热大气。当近地面的空气从地球表面接受到足够的热量，就会膨胀，密度减小，大气处于不稳定状态。就像水缸中密度较小的油处于底部，而水处于上部时会产生强烈的上升运动一样，近地面较热的空气在浮力作用下上升，形成上升的湿热空气流。当上升到一定高度时，由于气温下降，空气中包含的水蒸气会凝结成水滴。当水滴下降时，又被更强烈的上升气流携升，如此反复，小水点开始积集成大水滴，直至高空气流无力支持其重量，最后下降成雨。
然而，各类强对流天气形成的物理过程不完全相同，还与下垫面的动力和热力作用的影响有很大关系，并且强对流天气是以大尺度天气系统为背景，大尺度天气系统影响或决定着中小尺度天气系统的生成、发展和移动过程。
例如，局部地区南下的冷空气异常活跃，且与比较潮湿的空气碰撞十分不稳定，这种湿暖的大气在盛夏炎热的午后，会产生强烈的垂直运动从而导致强对流天气出现。另外，全球气候变暖也可能是引发强对流天气的原因之一。
以今年4月前后我国南方强对流天气频繁为例，主要原因是当时副热带高压偏强，其北部的暖湿气流较为活跃，华南地区随着季节转换已进入前汛期，而北方不断有弱冷空气南下，江南和华南正位于冷暖气流交锋最频繁的区域，因此容易发生短时强降水天气。同时，江南华南一带由于太阳辐射增强而越来越暖，南方来的暖湿气流携带有大量水汽和热量，大气中容易积蓄能量，当北方冷空气以适当的方式侵入暖湿气团时，就会在部分地区形成垂直运动特别强的空气运动，即强对流天气系统，使得空气中积蓄的水汽和能量短时间内得到释放，于是形成了强雷电、雷暴大风甚至冰雹等强对流天气。