การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศชั้นบน อันเป็นสาเหตุให้เกิด พายุทอร์นาโดนั้น เนื่องมาจาก

1. การควบแน่นของไอน้ำจากอากาศเบื้องล่าง ทำให้อากาศที่ลอยตัวอยู่อุ่นขึ้น เมื่อกระทบกับอากาศเย็นข้างบน ก็จะเกิดเมฆ และมีความชื้นเพิ่มขึ้น อากาศร้อนเบื้องล่างจึงหนุนเนื่องดันทะลุชั้นอากาศเย็นข้างบนออกไปโดยฉับพลัน

2. การคายความร้อนของพื้นดิน เมื่อพื้นดินคายความร้อนที่ ได้รับจากแสงอาทิตย์มาตลอดทั้งวัน อากาศร้อนชื้นเบื้องล่างจะดูดซับ ความร้อนนั้น ทำให้มีแรงดันเพิ่มขึ้นฝ่าอากาศเย็นชั้นบนขึ้นไปได้ พายุหมุนทอร์นาโดประเภทนี้ มักเกิดในช่วงเวลา 6 โมงเย็น จึงเรียกว่าอาถรรพณ์ 6 โมงเย็น (six o’clock magic)

3. การเปลี่ยนแปลงของความเร็วลมในทิศทางและที่ระยะความสูงต่างๆ (windshear) ความแตกต่างของความเร็วลม และทิศทางที่ระยะความสูงระดับบนและระดับล่าง จะทำให้เกิดกลุ่มอากาศห่อหุ้มศูนย์กลาง การหมุนของพายุและทำให้อากาศบิดหมุนในลักษณะกรวยแคบๆ ตามแนวนอน ตัดผ่านพายุไปตามระหว่างชั้นของอากาศ ส่วนอากาศที่อยู่ข้างบนก็จะหมุนวนเข้าไปในพายุ เมื่อกระแทกกับกรวยอากาศหมุนเหล่านี้ ก็จะเบี่ยงเบนทิศทางส่ายขึ้นสู่เบื้องบน

พายุทอร์นาโดเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน โดยแทบจะไม่มีสัญญาณเตือนอันตรายล่วงหน้า โดยปกติจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นเพียง 15 – 20 นาที แต่สร้างความเสียหายใหญ่หลวงทั้งแก่ชีวิตและทรัพย์สิน นักอุตุนิยมวิทยาในสหรัฐอเมริกาจึงให้ความสนใจในการศึกษารวบรวม ข้อมูลเพื่อ ให้สามารถระบุการเกิดพายุทอร์นาโดได้อย่างแน่นอนชัดเจน แต่ในปัจจุบันก็ยังไม่มีผู้ใดบอกได้ นอกจากอาศัยการคาดการณ์เท่านั้น นักอุตุนิยมวิยาได้ให้ข้อสังเกตว่าเกือบทุกครั้งที่จะมีพายุทอร์นาโดเกิดขึ้น มักจะมีพายุฝนฟ้าคะนองอย่างหนัก ติดตามด้วย ลูกเห็บก้อนโตๆ ตกลงมา อย่างไรก็ตาม การมีลูกเห็บตกในขณะเกิดพายุ ฟ้าคะนองนั้น ก็ไม่ได้เป็นสัญญาณเตือนว่าจะต้องเกิดพายุทอร์นาโดเสมอไป แต่ที่แน่นอนก็คือเมื่อใดที่เกิดมีพายุฟ้าคะนอง และมีลูกเห็บตกลงมาด้วย นั่นคือสัญญาณที่บ่งบอกว่าพายุที่เกิดขึ้นนั้นเป็นพายุที่มีความรุนแรง