Nuvens de tempestade são escuras devido à sua densidade, e não por estarem sujas.

O fenômeno da cor das nuvens é explicado pela Dispersão de Mie, que ocorre quando as gotículas de água são grandes o suficiente para espalhar todos os comprimentos de onda da luz visível igualmente. Em nuvens finas, a luz é dispersa e transmitida de volta ao observador, fazendo-as parecer brancas. No entanto, nuvens de tempestade, como as Cumulonimbus, podem atingir mais de 12.000 metros de altura.À medida que a nuvem cresce verticalmente, a concentração de gotículas de água e cristais de gelo aumenta drasticamente. Essa densidade extrema faz com que a maior parte da luz solar seja refletida ou dispersa nas camadas superiores da nuvem. Pouquíssimos fótons conseguem penetrar até a base, resultando em uma zona de sombra profunda para quem observa de baixo.Estudos meteorológicos da NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) confirmam que a aparência escura é um indicador direto da espessura óptica da nuvem. Quanto mais água a nuvem contém, mais eficiente ela se torna em bloquear a radiação solar. Por isso, o topo de uma tempestade visto de um avião brilha intensamente, enquanto a base parece ameaçadora e sombria.Além da espessura, o tamanho das gotas influencia a absorção de luz. Gotas maiores, comuns em tempestades iminentes, absorvem um pouco mais de luz do que as microgotas de nuvens comuns. Esse conjunto de fatores físicos transforma a nuvem em um filtro solar natural extremamente potente, criando o efeito visual de 'céu carregado' antes da chuva.