Las cascadas se forman comúnmente en el curso superior de un río donde los lagos desembocan en valles en montañas escarpadas. Debido a su posición en el paisaje, muchas cascadas se producen sobre el lecho de roca alimentado por poca área de contribución, por lo que pueden ser efímeras y fluir sólo durante las tormentas de lluvia o el deshielo significativo. Cuanto más lejos esté el río, más perenne puede ser una cascada. Las cascadas pueden tener una amplia gama de anchuras y profundidades.
Cuando el río discurre sobre un lecho de roca resistente, la erosión se produce lentamente y está dominada por los impactos de los sedimentos transportados por el agua sobre la roca, mientras que aguas abajo la erosión se produce más rápidamente. Cuando el curso de agua aumenta su velocidad en el borde de la cascada, puede arrancar material del lecho del río, si éste está fracturado o es más erosionable. Los chorros hidráulicos y los saltos hidráulicos en la punta de una cascada pueden generar grandes fuerzas para erosionar el lecho, especialmente cuando las fuerzas son amplificadas por los sedimentos transportados por el agua. Los saltos en forma de herradura concentran la erosión en un punto central, lo que también potencia el cambio del lecho del río por debajo de una cascada. Un proceso conocido como «espeleología» implica la erosión local de un agujero potencialmente profundo en el lecho debido a remolinos turbulentos que hacen girar las piedras en el lecho, perforándolo. La arena y las piedras arrastradas por el curso de agua aumentan así la capacidad de erosión. Esto hace que la cascada se clave más en el lecho y retroceda río arriba. A menudo, con el paso del tiempo, la cascada retrocederá hasta formar un cañón o desfiladero aguas abajo mientras retrocede aguas arriba, y excavará más profundamente en la cresta que tiene encima. El ritmo de retroceso de una cascada puede llegar a ser de un metro y medio por año.
A menudo, el estrato de roca justo debajo de la plataforma más resistente será de un tipo más blando, lo que significa que la socavación debida a las salpicaduras se producirá aquí para formar una formación poco profunda similar a una cueva conocida como refugio de roca debajo y detrás de la cascada. Con el tiempo, la roca de cubierta, más resistente, se derrumbará bajo presión para añadir bloques de roca a la base de la cascada. Estos bloques de roca se descomponen en cantos rodados más pequeños por desgaste al chocar entre sí, y también erosionan la base de la cascada por abrasión, creando una profunda piscina de inmersión en el desfiladero aguas abajo.
Los arroyos pueden hacerse más anchos y menos profundos justo por encima de las cascadas debido a que fluyen sobre la plataforma de roca, y suele haber una zona profunda justo debajo de la cascada debido a la energía cinética del agua que golpea el fondo. Sin embargo, un estudio sobre la sistemática de las cascadas informó de que éstas pueden ser más anchas o más estrechas por encima o por debajo de una cascada, por lo que casi todo es posible dado el entorno geológico e hidrológico adecuado. Las cascadas se forman normalmente en una zona rocosa debido a la erosión. Tras un largo periodo de formación, el agua que cae de la cornisa se retira, provocando una fosa horizontal paralela a la pared de la cascada. Con el tiempo, a medida que la fosa se hace más profunda, la cascada se derrumba para ser sustituida por un tramo de lecho fluvial de gran pendiente. Además de los procesos graduales, como la erosión, los movimientos de tierra causados por terremotos o deslizamientos de tierra o volcanes pueden causar un diferencial en las alturas del terreno que interfiere con el curso natural de un flujo de agua, y dar lugar a cascadas.
Un río a veces fluye sobre un gran escalón en las rocas que puede haber sido formado por una línea de falla. Las cascadas pueden producirse a lo largo del borde de una fosa glaciar, donde un arroyo o río que fluye hacia un glaciar continúa fluyendo hacia un valle después de que el glaciar haya retrocedido o se haya derretido. Las grandes cascadas del valle de Yosemite son ejemplos de este fenómeno, que se conoce como valle colgante. Otra razón por la que se pueden formar valles colgantes es cuando dos ríos se unen y uno fluye más rápido que el otro.
Las cascadas se pueden agrupar en diez grandes clases basadas en el volumen medio de agua presente en la caída (que depende tanto del caudal medio de la cascada como de su altura) utilizando una escala logarítmica. Las cataratas de clase 10 incluyen las cataratas del Niágara, las cataratas Paulo Afonso y las cataratas Khone.
Las clases de otras cataratas muy conocidas incluyen las cataratas Victoria y las cataratas Kaieteur (clase 9); las cataratas del Rin y Gullfoss (clase 8); las cataratas Angel y Dettifoss (clase 7); las cataratas Yosemite, las cataratas Lower Yellowstone y las cataratas Umphang Thee Lor Sue (clase 6); y las cataratas Sutherland (clase 5).