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集中豪雨の原因には、前線、集風線、大気の不安定など様々なものがある。それらの原因により発達した積乱雲が発生して局地的な豪雨をもたらす。

前線の場合、温暖前線・寒冷前線・停滞前線の区別無く、そこに台風や熱帯低気圧など暖かく湿った空気が流れ込んだ時には、どの前線でも起こりうる（一般に「（台風が）前線を刺激する」という）。

集風線は、天気図を見た場合、東側に高気圧があって等圧線が南北に立ち、しかも南から北に向かって次第に等圧線の間隔が狭まっているような場合に生ずる。このような場合には、南からの暖湿気流が収束しながら北上するため、上昇気流が生じて雲が発達しやすく、大雨の原因となる。

また、地表面が日射で温まっている時に、上空に寒気が流れ込むと、上昇気流が発達しやすく、これを「大気が不安定である」と言い、やはり積乱雲の発生・発達を促して豪雨となりやすい。さらに湿舌（温かく湿った空気が集まって人間の舌のようになっていること）にあたってしまうと大雨になる要素がいくつも重なってしまうため、新潟・福島豪雨や福井豪雨のように、1時間に100mm近い記録的大雨を長時間引き起こすと言われている。

実際には、これらが単独で集中豪雨をもたらすことは少なく、複数の原因が重なっているのが普通である。例えば、前線に集風線が交差した所や、強い寒冷前線の通過時に気温が急激に下降して大気が不安定になるなどである。また、昼間から続いた雨が夜間に強まり集中豪雨が発生することが多いが、これは前線や大気の不安定により生じた積乱雲が、夜になって上空の気温は下がるにもかかわらず、地上付近では雲のため余り下がらず、上空との温度差が大となって上昇気流が強まり、積乱雲の発達が起きるためである。

また、都市部においてはヒートアイランド現象が関係しているとも言われる。