Кроме внешних различий облака отличаются по микрофизическим свойствам, от которых зависит влияние, как на перенос излучения, так и на интенсивность выпадающих осадков.

Изучение микрофизических свойств облачности представляет собой отдельное научное направление в физике атмосферы. Важнейшей микрофизической характеристикой является функция распределения частиц облака по размерам, которая позволяет рассчитывать средний размер облачных частиц, водность, ледность облаков и другие характеристики.

Развитие теоретического моделирования не позволяет решить микрофизические проблемы без результатов натурных экспериментов. Основным инструментом исследования являются самолетные измерения с помощью специальной аппаратуры, позволяющей оценивать концентрацию частиц, размеры частиц, фазовое состояние, форму кристаллов и т.д. Наибольшая информация имеется по облакам слоистых форм, где выполнено наибольшее количество самолетных измерений.

Облака конвективных форм с большими вертикальными скоростями в пределах облака и его окрестности не всегда доступны для самолетных исследований. В определенных условиях этим облакам свойственна "сильная болтанка". При попадании в такое облако самолет испытывает сильные перегрузки, которые могут привести к его разрушению. Все это затрудняет проведение исследований в конвективных облаках. Кроме того вероятность грозовых явлений в облаках конвективных форм также создает опасность для самолетов и летчиков. В связи с этим полеты в таких облаках запрещены, и не всегда возможно получить информацию о микрофизических свойствах конвективной облачности.

По данным самолетных наблюдений известен диапазон изменения размера капель в облаках, который составляет 2-15 мкм. Для кристаллов верхняя граница размера частиц может достигать 1000 мкм. Кроме того, по результатам измерений для капельных облаков слоистых форм получено характерное распределение частиц облака по размерам в виде гамма - распределения:

где N - концентрация частиц, α и β - параметры, которые должны быть определены из данных наблюдений. Средний радиус распределения определяется как

откуда следует связь среднего радиуса с параметрами распределения через соотношение, характеризующим общий фон размера капель rср = (α+1)*β. Существуют другие варианты вида функции распределения для капельных и кристаллических облаков, хотя выбор того или иного вида функции требует метеорологической привязки, так же как выбор ее параметров.

Функция распределения используется в задаче моделирования свойств облачности в целях прогноза таких характеристик погоды, как температура, осадки.

Функция распределения частиц облака по размерам тесно связана с такой обобщенной характеристикой облака, как водность. Водность наиболее доступная для определения микрофизическая характеристика, как путем измерений, так и численного моделирования. Водность, так же как средний радиус распределения, влияет на перенос излучения и определяет интенсивность выпадающих осадков.

На мировой метеорологической сети, состоящей из станций наземного наблюдения метеорологических величин и станций аэрологического зондирования, не проводятся измерения водности, хотя радиозонд проходит облако и сообщает значения температуры, относительной влажности и др. параметров. В связи с этим возникает проблема проверки результатов прогноза водности. Существует, однако, возможность определения водности облаков и осадков с помощью радиолокаторов. В настоящее время в России имеются радиолокаторы, установленные в отдельных пунктах, которые могут быть использованы для определения водности в задачи прогноза погоды. Но пока количество радиолокаторов ыесьма ограничено.

Кроме радиолокаторов, измерения водности проводятся на спутниках, которые дают интегральную водность в атмосфере. Освещенность данными по земному шару зависит от количества спутников.