L'image que nous avons tous en tête de la goutte de pluie en forme de larme il s’agit en fait d’une croyance populaire qui n’a aucun fondement dans la réalité. Mais alors quelle forme a une goutte de pluie ? Commençons par les plus petites, d'un diamètre inférieur à 1 mm : ces gouttes sont des sphères presque parfaites. Si vous l’agrandissiez environ 100 fois, la version plus grande ressemblerait à un pain à hamburger ou à un parachute, contredisant ainsi les idées reçues.
Les gouttes sont sphériques en raison de tension superficielle d'eau, qui a tendance à « compacter » la surface des gouttes pour qu'elles contiennent le plus d'eau possible. Dans le cas des gouttes de pluie, la plus petite surface pouvant être obtenue lors de la chute est celle d'une sphère : c'est le même phénomène qui rend les bulles de savon sphériques. Ici donc, une goutte isolée d’un diamètre inférieur à 1 mm, non déformée par des forces extérieures, est entraînée par sa tension superficielle vers une forme sphérique.
Cependant, lorsque les gouttes tombent, elles touchent les gouttes proches et se combinent avec elles, devenant ainsi toujours plus grand (d'un diamètre supérieur à 2-3 mm). La forme étrange de ces grosses gouttes est entièrement due à la forces externes qui agissent sur eux, en particulier ceux aérodynamique. La taille des gouttes augmente à mesure qu'elles s'approchent de la surface de la Terre, acquérant ainsi une plus grande vitesse de chute. La vitesse avec laquelle ils tombent est telle qu'ils créent autour d'eux différences de pression qui change de forme. Cela amène la partie située près du bas de la goutte à développer une plus grande pression et, inversement, moins de pression sur les côtés de la goutte. Cette différence de pression tend à aplatir la partie inférieure de la goutte, c'est à dire à pousser les molécules d'eau de la partie inférieure et centrale vers les côtés, aplatissant ainsi la goutte et augmentant son diamètre horizontal.
Le sommet reste sphérique, même dans les plus grosses gouttes de pluie, car la tension superficielle, ou les molécules d'eau accrochées les unes aux autres, est supérieure à la pression du flux d'air au-dessus. Plus la goutte de pluie est grosse, plus elle tombe vite et plus elle est affectée par l’air poussant contre sa face inférieure. Les gouttes plus grand que 4,5 mm ils se déforment en forme de parachute lorsqu'ils tombent et finissent par se fragmenter en gouttes plus petites.
À ce stade, si la goutte de pluie devient trop grosse, elle se divise en deux, reprenant sa forme sphérique d'origine.
Ce mécanisme de déformation des gouttes de pluie est dû à un autre phénomène appelé viscosité, ou la résistance offerte à l'écoulement d'un liquide. Jusqu'à présent, nous avons supposé que les gouttes tombaient dans un fluide parfaitement non visqueux. Cependant, l’air a une certaine viscosité, suffisante pour influencer la forme des gouttelettes. Lorsqu’il se déplace autour d’une grosse goutte de pluie, l’air se comporte comme une aile d’avion. La couche d'air entourant la goutte forme une région instable sur la surface supérieure. Dans cette région, la pression atmosphérique est nettement inférieure à celle à la base de la chute. Cela se traduit par une plus grande courbure sur la surface supérieure par rapport à la base.