Mặt trước lạnh được hình thành khi khối không khí bao gồm không khí mát hơn nặng hơn di chuyển đến để thay thế không khí ấm hơn. Khối không khí là một khối không khí lớn có chung nhiệt độ và mức độ ẩm tương đối đồng đều. Mặt trận là ranh giới khí quyển giữa hai khối khí.
Các khối không khí lạnh được hình thành trên các vùng cực và các khu vực có nhiệt độ bề mặt tương đối thấp. Các khối không khí có thể thay đổi và di chuyển tùy thuộc vào ảnh hưởng của các kiểu gió, sự thay đổi của mật độ khí quyển và thậm chí là chuyển động quay của trái đất. Hệ trực diện xảy ra khi một khối không khí có nhiệt độ, mật độ và độ ẩm khác nhau di chuyển vào một vùng để thay thế khối không khí hiện có.
Mặt trận lạnh thường tạo ra lượng mưa, đặc biệt là khi dịch chuyển một khối không khí có độ ẩm lớn hơn. Hơi nước trong một khối không khí ấm bị ngưng tụ bởi không khí lạnh hơn nặng hơn chứa trong một hệ thống phía trước cho đến khi mưa hoặc mưa đóng băng bắt đầu hình thành. Mặt trận lạnh thường gây ra giông bão và có thể tạo ra thời tiết khắc nghiệt, đặc biệt là khi có sự chênh lệch nhiệt độ và độ ẩm lớn giữa khối không khí đang bị dịch chuyển. Mặt trước lạnh có thể làm thay đổi nhiệt độ nhanh chóng vì chúng có độ dốc lớn khiến không khí phía trước bị ép lên phía trên dọc theo mép dẫn.
