Uno de los fenómenos atmosféricos más notables son las precipitaciones, que pueden ser de agua líquida, de agua sólida como nieve o granizo, o de mezcla de ambas: aguanieve. Están asociadas con fenómenos relacionados con la circulación del aire en la atmósfera, y la intensidad y estado físico de ellas depende de manera directa del suceso en cuestión.
Las masas de aire cálido y frío se mueven, entrando en interacción unas con otras. Las zonas de contacto reciben el nombre de frentes. Una masa de aire frío puede empujar a otra de aire caliente, en cuyo caso a la zona de interacción se le denomina frente frío. En el caso contrario, cuando es la masa de aire caliente la que empuja a la de aire frío, a la zona de contacto se le denomina frente cálido.
En cualquiera de los dos casos anteriores, el aire cálido es menos denso que el frío, de tal forma que cuando dos de estas masa entran en contacto, la cálida siempre asciende sobre la más fría. En la ascensión, el vapor de agua se va condensando en pequeñas gotitas, apareciendo las nubes. Cuando las gotas alcanzan un tamaño superior a las 500 mm, el agua precipita en forma de llovizna. Las gotas de lluvia normales tienen un tamaño entre 1 y 2 mm. de diámetro. Por encima de 7 mm se vuelven inestables y se disgregan en otras menores.
En la mayoría de las ocasiones, el agua precipita de forma líquida, la lluvia, pero no es la única forma de precipitación. Si la nube contiene cristales de hielo, estos pueden crecer por la colisión con otros cristales o con gotas de agua subenfriada y caer por gravedad. Cuando la capa inferior a la nube está por debajo de 0ºC, el hielo se aglutina en masas algodonosas, transformándose en copos nieve y se produce una nevada. En el caso contrario, la nieve se funde y cae en forma de lluvia. Si la nube desprende gotas de agua líquida y la temperatura por debajo de la nube es inferior a 0ºC, parte del agua puede solidificarse dando lugar al aguanieve. El granizo es un tipo especial de precipitación asociado a tormentas, donde las partículas de hielo crecen hasta alcanzar tamaños entre 3 y 5 cm. de diámetro, que llegan a alcanzar el suelo.
Cuando una masa de aire frío entre en contacto con otra de aire cálido, el frente de lluvias coincide con el frente frío. En este caso, el aire cálido es empujado por el frío y asciende rápidamente. Las nubes que se forman son cumuliformes y, en particular, cumulonimbos. En el seno de éstas, el aire asciende hasta llegar a una altura entre 6 y 12 kilómetros, convirtiéndose en hielo. Por gravedad, éste desciende y provoca la aparición de núcleos de hielo o agua mayores. Además, dicho descenso puede provocar la aparición de una corriente de aire descendente a gran velocidad, que en la superficie se transforma en vientos que pueden superar los 60 Km/hora. Este tipo de fenómenos da lugar a lluvias intensas, a menudo torrenciales, que en ocasiones pueden ir acompañadas de granizo.
En el caso contrario al anterior, cuando es la masa de aire cálido la que empuja a otra más fría, la ascensión se produce más lentamente, por lo que la condensación tiene lugar de manera más pausada. Las nubes que aparecen son del tipo estratiformes, en concreto nimbostratos, y las precipitaciones asociadas a ellas dan lugar a lluvias de intensidad moderada a baja.
Otro tipo de precipitación está asociada a fenómenos de convección. El aire es calentado en la superficie y, llegado a una determinada temperatura, asciende en forma de burbuja. Conforme va subiendo, el aire se va enfriando y cuando llega al punto de rocío, el vapor de agua se condensa y aparece la nube. Estas nubes suelen ser cumuliformes, en concreto cúmulos y también se llaman de desarrollo vertical, que siguen creciendo hasta que toda la burbuja de aire cálido a condensado. Si dejan de subir más masas de aire, la nube deja de crecer y, conforme se enfría, termina desapareciendo. Sin embargo, puede ocurrir que la ascensión de masas de aire se produzca de manera continuada y muy rápida. En este caso, la situación puede volverse muy inestable y se forman grandes nubes de desarrollo vertical, cumulonimbos, que dan lugar a tormentas aisladas que pueden ocasionar precipitaciones muy intensas.
La precipitación orográfica ocurre cuando vientos cálidos y húmedos procedentes el mar se internan en la tierra y se encuentran con una barrera montañosa. El aire es obligado a ascender y se enfrían. Al superarse el punto de rocío, el vapor de agua se condensa en gotitas que, si la temperatura de la nube sigue descendiendo, aumentan de tamaño y caen en la superficie en forma de lluvia. Cuando se supera la barrera montañosa, el aire está más frío y ha perdido gran parte de su humedad, descendiendo a niveles más bajos. De nuevo en contacto con la superficie vuelve a aumentar su temperatura. Si no encuentra una nueva fuente de vapor, su humedad relativa desciende, convirtiéndose en un aire muy seco. Este tipo de aire suele originar zonas desérticas tras las cordilleras, llamándoseles desiertos orográficos o desiertos de sombra de lluvia.
