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Die Entstehung der Mammatus-Wolken wird seit mehr als 100 Jahren erforscht. Bis heute gibt es aber verschiedene Theorien für die Entstehung der Mammatus-Wolken.
Verdunstung und Sublimation
Eine der gängigsten Theorien ist, dass Eis- oder Schneekristalle sowie Wassertropfen aus der Wolke in die darunter liegende trockene Luftschicht fallen und dort verdunsten respektive sublimieren (direkter Übergang von fest zu gasförmig). Daraus folge ein Absinken der ganzen Wolke, was zu Mammatus-Wolken führt.
Schmelzvorgänge
Wie bei der Verdunstung und Sublimation wird bei der Entstehung durch Schmelzvorgänge der Luft unterhalb der Wolke Wärme entzogen. Dabei wird die Luft labiler und es entstehen die auf den Fotos sichtbaren Ausstülpungen
Mammatus: Hanging protuberances, like pouches, on the undersurface of a cloud.
Strahlungseffekte
Mammatus-Wolken könnten auch durch langwellige Abstrahlung an der Wolkenoberseite entstehen. Dadurch ergäbe sich eine sogenannte abwärtsgerichtete Konvektion, welche ebenfalls die typischen «Säcke» zur Folge haben könnte.
Keine der Theorien ist bewiesen und es gibt verschiedene Beobachtungen, welche die einzelnen Theorien als alleinige Ursache verunmöglichen.
Verschiedene Wolkengattungen
Mammatus-Wolken entstehen meist an der Unterseite einer Gewitterwolke, also einer Cumulonimbus-Wolke. Sie wurden aber auch bei den Wolkengattungen Cirrus, Cirrocumulus, Altocumulus, Altostratus und Stratocumulus beobachtet.