As quedas de água são normalmente formadas no curso superior de um rio onde os lagos correm para vales em montanhas íngremes. Devido à sua posição paisagística, muitas quedas de água ocorrem sobre o leito da rocha, alimentadas por pouca área contribuinte, pelo que podem ser efémeras e fluir apenas durante tempestades ou nevões significativas. Quanto mais a jusante, mais perene pode ser uma queda de água. As quedas de água podem ter uma vasta gama de larguras e profundidades.
Quando o curso do rio sobre a rocha resistente, a erosão acontece lentamente e é dominada por impactos de sedimentos transportados pela água sobre a rocha, enquanto que a jusante a erosão ocorre mais rapidamente. À medida que o curso de água aumenta a sua velocidade na margem da queda de água, pode arrancar material do leito do rio, se o leito for fracturado ou mais erodível. Os jactos hidráulicos e os saltos hidráulicos no dedo do pé de uma queda podem gerar grandes forças de erosão do leito, especialmente quando as forças são amplificadas por sedimentos transportados pela água. As quedas em forma de ferradura centram a erosão num ponto central, melhorando também a mudança do leito do rio abaixo de uma queda de água. Um processo conhecido como “potholing” envolve a erosão local de um buraco potencialmente profundo no leito da rocha devido a turbulentos remoinhos girando pedras em torno do leito, perfurando-o. A areia e as pedras transportadas pelo curso de água aumentam assim a capacidade de erosão. Isto faz com que a cascata penetre mais profundamente no leito e retroceda rio acima. Muitas vezes, com o tempo, a cascata vai recuar para formar um desfiladeiro ou desfiladeiro a jusante, à medida que desce a montante, e esculpir mais profundamente no cume acima dele. A taxa de retirada de uma cascata pode atingir um metro e meio por ano.
Muitas vezes, o estrato rochoso logo abaixo da prateleira mais resistente será de um tipo mais suave, o que significa que aqui ocorrerá um corte inferior devido a salpicos para formar uma formação semelhante a uma caverna rasa conhecida como abrigo rochoso sob e por detrás da cascata. Eventualmente, o afloramento, mais resistente, da rocha da tampa irá colapsar sob pressão para adicionar blocos de rocha à base da cascata. Estes blocos de rocha são então quebrados em rochas mais pequenas por atrito à medida que colidem uns com os outros, e também corroem a base da cascata por abrasão, criando uma piscina profunda no desfiladeiro a jusante.
Correntes podem tornar-se mais largas e pouco profundas logo acima das quedas de água devido ao fluxo sobre a plataforma rochosa, e existe normalmente uma área profunda logo abaixo da cascata devido à energia cinética da água que atinge o fundo. No entanto, um estudo da sistemática das quedas de água relatou que as quedas de água podem ser mais largas ou mais estreitas acima ou abaixo de uma queda, pelo que quase tudo é possível dado o contexto geológico e hidrológico adequado. As quedas de água formam-se normalmente numa zona rochosa devido à erosão. Após um longo período de formação completa, a água que cai do parapeito irá recuar, provocando um fosso horizontal paralelo à parede da cascata. Eventualmente, à medida que a fossa se aprofunda, a cascata desmorona para ser substituída por um trecho íngreme e inclinado do leito do rio. Para além de processos graduais como a erosão, o movimento de terra causado por terramotos ou deslizamentos de terras ou vulcões pode causar um diferencial nas alturas do terreno que interfere com o curso natural de um fluxo de água, e resultar em quedas de água.
Um rio por vezes corre sobre um grande degrau nas rochas que pode ter sido formado por uma linha de falha. As quedas de água podem ocorrer ao longo da borda de um canal glaciar, onde um riacho ou rio que corre para um glaciar continua a fluir para um vale depois de o glaciar ter recuado ou derretido. As grandes quedas de água no Vale de Yosemite são exemplos deste fenómeno, que é referido como um vale suspenso. Outra razão pela qual se podem formar vales suspensos é onde dois rios se juntam e um flui mais rapidamente do que o outro.
As quedas de água podem ser agrupadas em dez grandes classes com base no volume médio de água presente na queda (que depende tanto do caudal médio da queda de água como da sua altura) utilizando uma escala logarítmica. As quedas de água de classe 10 incluem as Cataratas do Niágara, Paulo Afonso Falls e Khone Falls.
Classes de outras quedas de água bem conhecidas incluem as Cataratas do Vitória e Kaieteur (Classe 9); as Cataratas do Reno e Gullfoss (Classe 8); as Cataratas do Anjo e Dettifoss (Classe 7); as Cataratas de Yosemite, as Cataratas de Yellowstone Inferior, e a Cascata Umphang Thee Lor Sue (Classe 6); e as Cataratas de Sutherland (Classe 5).