Le nubi si formano attraverso processi naturali legati all'umidità atmosferica. Il vapor acqueo (invisibile!) nell'atmosfera viene costantemente rinnovato dai processi di evaporazione, mentre le precipitazioni, in forma di pioggia o neve, a loro volta riportano l'acqua sulla superficie terrestre, completando il ciclo idrologico. L'aria è composta soprattutto da azoto e ossigeno, ma in parte anche da vapor acqueo. Le nubi si formano quando l'aria si raffredda fino al punto in cui il vapor acqueo condensa, ovvero la condensazione avviene quando una porzione di aria è satura di vapor acqueo. Quando l'aria umida si muove verso l'alto incontra pressioni piú basse e si espande, raffreddandosi. L'aria fredda puÚ contenere meno vapor acqueo e la sua temperatura puÚ eventualmente raggiungere il punto di saturazione. Il vapor acqueo allora condensa, formando piccole goccioline che raggruppandosi in gocce piú grosse formano una nube. Un ulteriore raffreddamento può portare anche alla formazione di cristalli di ghiaccio. In definitiva la comparsa di una nube fornisce l'evidenza visiva della presenza dell'acqua nell'atmosfera. La quantità di umidità presente nell'aria si puÚ esprimere in vari modi. L'unità di misura di riferimento è la pressione parziale del vapor acqueo, che rappresenta la pressione esercitata dalla componente dovuta al vapor acqueo della pressione atmosferica totale, e tipicamente è una piccola frazione della pressione atmosferica complessiva. La pressione parziale del vapore acqueo al punto di condensazione è detta pressione del vapore saturo e dipende dalla temperatura secondo quanto indicato dalla equazione di Clausius-Clapeyron, che puÚ essere ricavata dal primo principio della termodinamica. La curva corrispondente, che rappresenta la pressione del vapore saturo in funzione della temperatura, aiuta a comprendere il processo termodinamico che porta alla formazione di una nube.
Consideriamo un volumetto (una bolla) di aria che si trova inizialmente nel punto A. A questa temperatura (T1) e pressione di vapore (p1), la bolla d'aria non è satura di vapor acqueo. La sua posizione infatti è in basso e a destra rispetto alla linea di saturazione (ps). Se la bolla viene raffreddata senza variare il suo contenuto di vapore acqueo, si muove lungo la linea AB. Quando raggiunge il punto B, la sua pressione di vapore (p1) è uguale alla pressione del vapore saturo a quella temperatura (ps) e quindi avviene la condensazione. La temperatura al punto B è detta temperatura del punto di rugiada (Tr) o semplicemente punto di rugiada.