Wasserfälle entstehen häufig im Oberlauf eines Flusses, wo Seen in Tälern in steilen Bergen münden. Aufgrund ihrer Lage in der Landschaft treten viele Wasserfälle über Felsgestein auf, das nur wenig Wasser führt, so dass sie ephemer sein können und nur bei Regenfällen oder starker Schneeschmelze fließen. Je weiter flussabwärts, desto mehr kann ein Wasserfall beständig sein. Wasserfälle können eine große Bandbreite an Breiten und Tiefen haben.
Wenn der Fluss über widerstandsfähiges Grundgestein fließt, erfolgt die Erosion langsam und wird durch den Aufprall von wassergetragenem Sediment auf das Gestein dominiert, während flussabwärts die Erosion schneller erfolgt. Wenn der Wasserlauf seine Geschwindigkeit an der Kante des Wasserfalls erhöht, kann er Material aus dem Flussbett herausreißen, wenn das Bett zerklüftet oder anderweitig erodierbarer ist. Hydraulische Strahlen und hydraulische Sprünge am Fuß eines Wasserfalls können große Kräfte erzeugen, die das Bett erodieren, vor allem, wenn die Kräfte durch vom Wasser getragenes Sediment verstärkt werden. Hufeisenförmige Wasserfälle fokussieren die Erosion auf einen zentralen Punkt, was ebenfalls die Veränderung des Flussbettes unterhalb eines Wasserfalls verstärkt. Ein Prozess, der als „potholing“ bekannt ist, beinhaltet die lokale Erosion eines potenziell tiefen Lochs im Grundgestein aufgrund von turbulenten Strudeln, die Steine auf dem Bett herumschleudern und es aufbohren. Vom Wasserlauf mitgeführter Sand und Steine erhöhen somit die Erosionskapazität. Dies führt dazu, dass sich der Wasserfall tiefer in das Bett einschneidet und sich flussaufwärts zurückzieht. Oftmals wird sich der Wasserfall im Laufe der Zeit zurückziehen, um flussabwärts eine Schlucht oder einen Canyon zu bilden, während er sich flussaufwärts zurückzieht, und er wird sich tiefer in den Kamm über ihm einschneiden. Die Rückzugsgeschwindigkeit eines Wasserfalls kann bis zu eineinhalb Meter pro Jahr betragen.
Oft, ist die Gesteinsschicht direkt unter dem widerstandsfähigeren Schelf von weicherer Beschaffenheit, was bedeutet, dass es hier zu einer Unterspülung durch Spritzwasser kommt, so dass sich unter und hinter dem Wasserfall eine flache, höhlenartige Formation bildet, die als Felsunterstand bekannt ist. Schließlich bricht das auftauchende, widerstandsfähigere Deckgestein unter dem Druck zusammen und fügt der Basis des Wasserfalls Felsblöcke hinzu. Diese Gesteinsblöcke werden dann durch Abnutzung in kleinere Felsblöcke zerbrochen, wenn sie miteinander kollidieren, und sie erodieren auch die Basis des Wasserfalls durch Abrieb, wodurch ein tiefes Tauchbecken in der Schlucht flussabwärts entsteht.
Die Bäche können direkt oberhalb der Wasserfälle breiter und flacher werden, weil sie über das Felsregal fließen, und es gibt normalerweise einen tiefen Bereich direkt unterhalb des Wasserfalls, weil die kinetische Energie des Wassers auf den Boden trifft. In einer Studie über die Systematik von Wasserfällen wurde jedoch berichtet, dass Wasserfälle oberhalb oder unterhalb eines Wasserfalls breiter oder schmaler sein können, so dass fast alles möglich ist, wenn die richtige geologische und hydrologische Umgebung gegeben ist. Wasserfälle bilden sich normalerweise in einem felsigen Gebiet aufgrund von Erosion. Nach einem langen Zeitraum, in dem er sich vollständig gebildet hat, zieht sich das von der Felskante herabfallende Wasser zurück, wodurch eine horizontale Grube parallel zur Wasserfallwand entsteht. Schließlich, wenn die Grube tiefer wird, bricht der Wasserfall zusammen und wird durch ein steil abfallendes Stück Flussbett ersetzt. Zusätzlich zu allmählichen Prozessen wie Erosion können Erdbewegungen, die durch Erdbeben, Erdrutsche oder Vulkane verursacht werden, einen Höhenunterschied verursachen, der den natürlichen Verlauf eines Wasserstroms stört und zu Wasserfällen führt.
Ein Fluss fließt manchmal über eine große Stufe im Gestein, die durch eine Verwerfungslinie entstanden sein kann. Wasserfälle können am Rande eines Gletschertrogs auftreten, wo ein Bach oder Fluss, der in einen Gletscher mündet, weiter in ein Tal fließt, nachdem der Gletscher sich zurückgezogen hat oder geschmolzen ist. Die großen Wasserfälle im Yosemite Valley sind Beispiele für dieses Phänomen, das als hängendes Tal bezeichnet wird. Ein weiterer Grund, warum sich hängende Täler bilden können, ist, wenn zwei Flüsse zusammenfließen und einer schneller fließt als der andere.
Wasserfälle können in zehn große Klassen eingeteilt werden, basierend auf dem durchschnittlichen Wasservolumen des Wasserfalls (das sowohl vom durchschnittlichen Durchfluss des Wasserfalls als auch von seiner Höhe abhängt) unter Verwendung einer logarithmischen Skala. Zu den Wasserfällen der Klasse 10 gehören die Niagarafälle, die Paulo-Afonso-Fälle und die Khone-Fälle.
Zu den Klassen anderer bekannter Wasserfälle gehören die Victoria-Fälle und die Kaieteur-Fälle (Klasse 9), der Rheinfall und der Gullfoss (Klasse 8), die Angel-Fälle und der Dettifoss (Klasse 7), die Yosemite-Fälle, die Lower Yellowstone-Fälle und der Umphang Thee Lor Sue-Wasserfall (Klasse 6) sowie die Sutherland-Fälle (Klasse 5).