La formazione delle precipitazioni, siano esse piovose o nevose, è in primo luogo un fenomeno legato alla dinamica delle masse d'aria, in particolare è legato ai moti verticali che hanno luogo in atmosfera, anche se la presenza di minuscole particelle disperse nell'aria (aerosol) è indispensabile per la formazione delle precipitazioni.Se non ci fossero questi aerosol, infatti, le nubi non si formerebbero e non si formerebbero nemmeno le precipitazioni, se non in situazioni molto particolari. Gli effetti della composizione chimico-fisica degli aerosol sulle precipitazioni sono essenzialmente di importanza secondaria. L'intensità e la persistenza dei moti ascendenti è l'elemento principale che concorre a determinare l'intensità ed estensione delle precipitazioni mentre sono gli aerosol ne permettono la formazione e le modulano.

La teoria attualmente accettata per spiegare la formazione delle precipitazioni si basa su due processi: 1) il processo di Wegener-Bergeron-Findeisen e 2) il processo di Langmuir detto anche della coalescenza.

Il processo di Wegener-Bergeron-Findeisen prevede che le precipitazioni si sviluppino partendo da minuscoli cristalli di ghiaccio che, in seguito a meccanismi microfisici, crescono a scapito delle minuscole goccioline che compongono le nubi. I cristalli di ghiaccio crescono fino a raggiungere dimensioni tali da poter cadere al suolo vincendo la resistenza dell'aria che tende a sostenerli. Se questi cristalli di ghiaccio incontrano strati atmosferici a temperature superiori allo 0° C, sciolgono producendo pioggia, altrimenti la precipitazione è nevosa.

Il processo di Langmuir prevede che le precipitazioni si formino partendo da goccioline che, essendo casualmente più grandi delle altre, crescono conglobando le goccioline più piccole fino a raggiungere le dimensioni opportune per cadere al suolo vincendo la resistenza dell'aria.

Gli esperimenti sino ad oggi effettuati per incrementare le precipitazioni si sono avviati su due possibili strade: a) aumentare il numero di cristalli di ghiaccio all'interno delle nubi per incrementare l'efficienza del processo di Wegener-Bergeron-Findeisen; b) aumentare il numero di goccioline grosse per incrementare l'efficienza del processo di Langmuir, cioè della coalescenza.

Le tecniche che si basano sul processo di Wegener-Bergeron-Findeisen mirano a incrementare artificialmente il numero di sostanze, dette glaciogene, che favoriscono la formazione di cristalli di ghiaccio. Una di queste, la più celebre, è lo ioduro d'argento Questa è una sostanza che, per le sue caratteristiche chimico-fisiche, agisce come nucleo di congelamento. In altre parole, se un cristallo di ioduro d'argento si trova immerso o viene a contatto con goccioline d'acqua, facilita il loro congelamento, cioè la formazione di cristalli di ghiaccio. Lo ioduro d'argento fù inizialmente utilizzato in quanto i suoi cristalli hanno una forma simile a quella esagonale dei cristalli d'acqua. In seguito si è comunque visto che questa caratteristica geometrica non è strettamente indispensabile, infatti esistono molte altre sostanze che hanno cristalli delle più svariate forme e che agiscono al pari dello ioduro d'argento. In ogni caso, affinché lo ioduro possa agire come nucleo di congelamento, le goccioline d'acqua debbono raggiungere strati a temperature inferiori allo 0° C (infatti, per quanto possa sembrare strano, all'interno delle nubi le goccioline d'acqua restano liquide anche a temperature molto inferiori allo 0° C). Questo meccanismo, pertanto, non è applicabile in nubi “calde” o con solo una piccola parte a temperature inferiori allo zero.

Le tecniche che si basano sul processo della coalescenza mirano a incrementare il numero di goccioline di dimensione leggermente maggiori di quelle delle goccioline che naturalmente sono già presenti nelle nubi. Questo avviene mediante il rilascio in atmosfera, in prossimità delle nubi, di sali di calcio e sodio di dimensioni opportune a raccogliere il vapore acqueo per dare origine a goccioline delle dimensioni volute. Goccioline troppo piccole o troppo grandi non riescono nell'intento in quanto rispettivamente non riescono a cadere al suolo o cadono troppo velocemente per poter dare origine alla coalescenza. I sali di calcio e sodio, le principali sostanze utilizzate con questa tecnica, devono essere rilasciate in modo da costituire un aerosol delle dimensioni inferiori al mezzo decimo di millimetro e per fare questo si fa uso di candelotti fumogeni, opportunamente studiati, trasportati da aerei e accesi alla base delle nubi. Questo meccanismo, a differenza di quello precedentemente esposto, può agire anche in nubi calde.

I due meccanismi sopra descritti possono essere naturalmente più o meno efficienti a seconda del tipo di masse d'aria nel quale vengono messi in pratca. In particolare il processo (a) è più efficiente nelle masse d'aria di origine continentale (in queste masse d'aria le nubi sono costituite da tante goccioline molto piccole); il processo (b) nelle masse d'aria di origine marittima (in queste masse d'aria le nubi sono costituite da poche goccioline grosse).

Oltre alle due tecniche di incremento delle precipitazioni sopra esposte ve ne è ancora una terza che però è essenzialmente di interesse storico in quanto attualmente non viene più né studiata né sperimentata anche se fu la prima ad essere introdotta. Questa tecnica prevede il rilascio di ghiaccio secco all'interno delle nubi. Il ghiaccio secco è anidride carbonica solida alla temperatura di circa –100° C e. fatta cadere sopra delle stratificazioni nuvolose, abbassa la temperatura ad un punto tale per cui le goccioline che le costituiscono danno origine a molti cristalli di ghiaccio, i quali crescono fino a raggiungere le dimensioni opportune per vincere la resistenza dell'aria e cadere al suolo. Questo metodo è stato sperimentato negli anni Cinquanta con successo da Bernhard Vonnegut e da Vincent Shaefer, ma solo su nubi fredde, cioè a temperature inferiori allo 0° C, e stratificate. Anche se questo metodo funziona (si veda foto qui sotto), i campi della sua potenziale applicabilità sono molto ridotti, inoltre è estremamente costoso portare in quota le quantità di ghiaccio secco per rendere il meccanismo efficace.

Il metodo attualmente ritenuto come il più promettente è quello che prevede la liberazione alla base delle correnti ascendenti nelle nubi temporalesche di sostanze igroscopiche (sali di calcio e sodio). Questo metodo è stato per la prima volta sperimentato in Sudafrica a opera di Graeme Mather e su indicazioni di Griffith Morgan, il quale aveva notato che le nubi che si formavano sopra una fabbrica di carta (fabbriche che rilasciano una notevole quantità di fumi) avevano naturalmente al loro interno delle goccioline più grandi del solito. Questo metodo è stato sperimentato con successo anche in Messico e i suoi risultati sono stati sempre positivi, cioè le nubi temporalesche nelle quali erano stati rilasciati i sali igroscopici hanno prodotto mediamente più pioggia delle nubi temporalesche non seminate. Ora la parola passa alla valutazione economica sull'utilità del metodo, cioè se l'acqua prodotta in questo modo ha un costo accettabile o troppo elevato da permettere di adottare la tecnica su vasta scala. I costi di semina, infatti, sono molto elevati in quanto il rilascio dei sali, per poter essere efficace, deve avvenire tramite aerei che volano in punti ben precisi delle nubi e in ben determinate fasi del loro sviluppo.

Per quanto riguarda l'utilizzo delle sostanze glaciogene, essenzialmente lo ioduro d'argento, la questione è ancora controversa e, anche se in laboratorio il metodo sembra funzionare, la fase di applicazione ha avuto a tuttoggi dei risultati generalmente poco chiari anche se ulteriori esperimenti sono ancora in corso.