thumb|280px|Luminen metsämaisema. thumb|280px|Tykkylunta ja kinoksia. Lumi on jääkiteiden ja ilman muodostamaa kuohkeaa ainetta, jota syntyy pilvissä ja sataa maahan, jos ilman lämpötila on tarpeeksi kylmä. Lumi muodostaa maan pinnalle valkoisen, eristävän peitteen, joka pysyy lumena niin kauan, kunnes lämpötila nousee nollan yläpuolelle ja lumi sulaa vedeksi. Jos lumi ei kesälläkään ehdi sulaa, se kovettuu vähitellen jäätiköksi.
Monet eläimet ovat sopeutuneet lumi-ilmastoon, ja niiden talvehtimisen onnistumiseen vaikuttaa lumen määrä. Lisäksi monien eläinten talviturkki on valkoinen, ja lumi suojaa myös useiden kasvien talvehtimista. Ihmisen toimintaan lumella on sekä positiivisia että negatiivisia vaikutuksia. Lumipeite helpottaa esimerkiksi hiihtäen tai potkukelkalla liikkumista, sekä mahdollistaa monet talviurheilulajit ja muut harrastukset, mutta toisaalta sakea lumipyry saattaa aiheuttaa liikennekaaoksen ja liukastumisia.
Lumen synty pienoiskuva|left|Erilaisia lumikiteitä Wilson Bentleyn teoksesta vuodelta 1902. Lumihiutaleet syntyvät sadepilvissä. Muualla kuin tropiikissa kaikki merkittävä sade, paitsi tihku, syntyy jäätyneessä olomuodossa. Sadepilven yläosassa, missä lämpötila on 12–40 pakkasastetta, on pieniä jääkiteitä ja alijäähtyneitä vesipisaroita. Näistä kasvaa lumihiutaleita. Kun hiutaleet kasvavat niin isoiksi, ettei pilven muodostanut nousuliike enää kannattele niitä, ne putoavat alempiin ilmakerroksiin, missä on tyypillisesti lämpimämpää ja kosteampaa. Samalla ne kasvavat. Jos hiutaleet putoavat tarpeeksi kauan ilmassa, jonka lämpötila on nollan yläpuolella, ne sulavat osittain rännäksi tai kokonaan vesisateeksi.Karttunen et al, s. 222–224
Lumikiteiden muoto riippuu lämpötilasta ja kosteudesta sekä niiden syntypaikassa että matkalla maan pinnalle. Jääkiteiden rakenteen takia niistä voi tulla kuusikulmaisia levyjä, neulasia tai haaroittuvia tähtiä. Japanilainen Ukichiro Nakaya kasvatti 1930-luvulla lumihiutaleita kaniininkarvojen päässä laboratoriossa ja tutki systemaattisesti kosteuden ja lämpötilan vaikutusta. Lähellä nollaa syntyi levyjä, 3–12 pakkasasteessa pilareita, sitten taas levyjä ja kylmemmässä kuin −22 asteessa jälleen pilareita. Mitä vähemmän kosteutta oli, sitä yksinkertaisempia kiteistä tuli. Monihaaraiset, tähtimäiset kuviot vaativat suuren kosteuden. Libbrecht, s. 43–45 Sopivissa oloissa lumikiteet tarttuvat toisiinsa ja muodostavat lumihiutaleita, joissa voi olla satoja toisiinsa takertuneita lumikiteitä.
Runollisen sanonnan mukaan koskaan ei synny kahta samanlaista lumihiutaletta. Yhdysvalloissa sanonta yhdistetään Wilson Bentleyiin, joka kuvasi samalla kalustolla 46 vuoden aikana yli 5 000 lumihiutaletta, joista jokainen oli erilainen.Libbrecht, s. 30 Se, onko lause totta, riippuu lumihiutaleen määritelmästä. Samanlaisissa oloissa syntyneet yksittäiset kiteet, esimerkiksi pienet jääneulaset, ovat varsin samannäköisiä. Mutta silloin kun useat lumikiteet muodostavat yhden lumihiutaleen, rakenteessa on niin monta vaihtoehtoa, että pidetään erittäin epätodennäköisenä, että niitä syntyisi kaksi aivan samanlaista.
Lumihiutaleiden putoamisnopeus riippuu niiden muodosta ja huurtumisasteesta, ja on tyypillisesti 1–2 m/s. Tätä voi verrata sadepisaroiden putoamisnopeuteen, 6–7 m/s.
Lumisateen ohella lumikiteitä muodostuu pieniä määriä myös jääsumun kehittyessä. Uusia lumikiteitä muodostuu runsaasti myös ilmakehän vesihöyryn asettuessa uusiksi jääkiteiksi suoraan olemassa olevan lumi- tai jääpeitteen, tai vaikkapa pakkasella olevan ikkunalasin päälle (kuuran synty). Pintakuuran kehittyminen voi myös muuttaa lumipinnan fysikaalisia ominaisuuksia (esimerkiksi albedo, suksen luisto lumella), vaikka lumen määrään sillä on yleensä vain pieni vaikutus. Mikäli lumipeite kasvaa pintaan ilmavirtauksen myötä iskeytyvien nestemäisten pilvi- tai sumupisaroiden johdosta, on kyseessä huurteen muodostuminen. Erityisesti tuntureilla, vuoristossa sekä meren tai avointen vesien (joet, järvet) äärellä huurtuminen on erittäin merkittävä lumipeitteen syntytapa.
Lumisade ja lumen sulaminen thumb|270px|Satelliittikuva lumikuuroista merellä Korean lähistöllä. Lunta sataa yleensä silloin, kun lämpötila on pakkasen puolella tai hyvin lähellä nollaa celsiusastetta. Vaikka lämpötila maanpinnan lähellä olisi nollan yläpuolella, lunta voi sataa silti, koska ylhäällä pilvien korkeudella on kylmempää eikä lumi aina ehdi sulaa matkalla.
Keskileveysasteiden manneralueilla lunta sataa eniten lämpimän rintaman yhteydessä. Kylmän rintaman yhteydessä ja jälkipuolella sataa vain lumikuuroja. Merellä ja rannikoilla puolestaan avoveden vaikutus lumisateeseen tuo suurimmat lumimäärät, sillä järven tai meren aiheuttama pyry voi jatkua päiväkausia. Mantereilla lumikuuroja syntyy silloin, kun troposfäärin keski- ja yläosiin virtaa kylmää ilmaa ja ilmakehän stabiilisuus pienenee. Ilmakehän rajakerroksen lämpenemisen aiheuttama epävakaus ei ole talvella merkittävää, koska aurinko ei juuri lämmitä lumista maata. Korkeapaineen vallitessa voi inversiokerrokseen muodostua sumupilvi tai kumpukerrospilvi, josta sataa pieniä määriä lunta. Kovalla pakkasella lumikiteitä voi myös härmistyä vesihöyrystä ilman pilvipisaravaihetta, erityisesti vuoristo- ja napajäätiköillä.Libbrecht, s. 68 Härmistymällä syntyneitä hyvin pieniä ja kiiltäviä kiteitä kutsutaan timanttipölyksi. Voimakas tuuli ja sopiva lämpötila synnyttää lumituiskua, jolloin maahan äskettäin satanut lumi voi nousta uudelleen ilmaan.
Kun lumi alkaa sulaa, nestemäinen vesi sitoutuu jääkiteisiin niin kauan kuin sen osuus on riittävän pieni. Kun osuus ylittää 2–5 % tilavuudesta, vettä alkaa vapautua. Sen jälkeenkään kaikki sulanut lumi ei valu vetenä pois, vaan osa lumesta sublimoituu vesihöyryksi ja osa voi jäätyä uudelleen. Lumen sulamisessa keväällä on selvä vuorokausivaihtelu: eniten lunta sulaa iltapäivisin klo 12:n ja 18:n välillä. Nopeimmillaan lunta voi sulaa 3–4 millimetriä tunnissa. Viileän ilmaston alueella talven sateet varastoituvat lumipeitteeseen, lähtevät keväällä liikkeelle ja aiheuttavat tulvia. Enimmillään lumipeitteeseen on varastoituneena 15–30 % vuoden sademäärästä.
Lumipeite, sen tutkimus ja mittaaminen pienoiskuva|Taigalunta on yleensä havumetsissä. Ellei maahan satanut lumi sula heti, siitä muodostuu maan pinnalle lumipeite, kunnes se sulaa tai haihtuu. Jos kaikki lumi ei kesälläkään ehdi sulaa ja sitä kertyy maahan joka vuosi lisää, se kovettuu vähitellen jäätiköksi. Napa- ja vuoristojäätiköt ovatkin syntyneet näin.
Maassa oleva lumi on kolmen aineen, jääkiteiden, nestemäisen veden ja kostean ilman, seosta. Kiteiden muoto, koko ja sidostuneisuus muuttuvat koko ajan. Muuttumista eli metamorfoosia on kolmea lajia: sulamis-jäätymismetamorfoosia, hajottavaa metamorfoosia ja rakentavaa metamorfoosia. Viimeksi mainitussa muodostuu sokerimaista syväkuuraa, kun kosteasta ilmasta härmistyy kuuraa vanhojen jääkiteiden pintaan. Kevättalvella lumikerroksen pinta sulaa päivisin mutta jäätyy öisin ja muodostaa kovan kuoren. Lumi muuttuu myös tuulen vaikutuksesta tai pakkautuessaan liikenteen tai vaikkapa latukoneen alla.
Lumitutkimuksessa maassa oleva lumi luokitellaan kuuteen lumiluokkaan: tundralumi, taigalumi, vuoristolumi eli alppilumi, preerialumi, merilumi ja ajoittainen eli efemeraalinen lumi. Luokitus perustuu lumen fysikaalisiin ominaisuuksiin eli paksuuteen, tiheyteen, lämmönjohtavuuteen, kerrosten lukumäärään ja nestemäisen veden osuuteen. Tundralumi on kylmää ja ohutta, ja se koostuu syväkuurasta ja tuulen tiivistämistä kiteistä. Tuuli pakkaa myös preerialunta, mutta siinä on vähemmän syväkuuraa. Taigalumi on syvää, huokoista ja koostuu lähes pelkästään syväkuurasta. Merilumelle on ominaista se, että se sulaa ja jäätyy useita kertoja talven aikana ja syväkuuraa muodostuu vähemmän kuin muissa tyypeissä. Puuterilumi on puolestaan tyynellä ilmalla ja kovalla pakkasella satanutta lunta, johon metamorfoosi ei ole vielä ehtinyt vaikuttaa.
Kun lumi säilyy maassa pitempään kuin yhden talven, sitä aletaan kutsua ylivuotiseksi lumeksi. Jäätikkötieteessä se jaetaan vielä kahteen osaan: kun osittain sulaneen ja uudelleenkiteytyneen lumen tiheys on 0,5 g/cm3, sitä sanotaan névé-lumeksi, kun taas vielä tiheämmän, yleensä yli 0,55 g/cm3 lumen nimitys on firn. Jos firn tiivistyy edelleen siitä tulee jo jäätä. Muuttuminen névé-lumesta jäätiköksi kestää tyypillisesti 25–100 vuotta. Jäätikköjen jäässäkin on aina ilmakuplia; tuhansia vuosia vanhoista jäätiköistä kairattujen näytteiden ilmakuplista voidaan tutkia menneiden aikojen ilmakehää.
1900-luvulla sataneen lumen määrää mitattiin lähinnä niin, että lumen annettiin kertyä sademittariin, missä se sulatettiin ja kaadettiin mittalasiin. Näin saatiin tietää sataneen lumen vesimäärä eli massa. 2000-luvulla ovat yleistyneet punnitsevat sademittarit, jotka voivat mitata saman asian sulattamatta lunta. Lumen syvyyttä on perinteisesti mitattu lumikepillä, jonka varressa on mitta–asteikko. Uudet menetelmät ovat eräänlaisia kaikuluotaimia, jotka perustuvat ultraääneen. Lumen syvyyden muutos ei kuitenkaan ole sama kuin sataneen lumimäärän summa esimerkiksi kuukauden aikana, koska lumi maassa ollessaan tiivistyy, sulaa ja muuntuu kiderakenteeltaan. Lumen kaukokartoitus on ainoa tapa selvittää laajojen alueiden lumipeitteen muutoksia.
Lumen tiheydellä tarkoitetaan sataneen lumen vesimäärän ja lumensyvyyden muutoksen suhdetta. Perinteinen meteorologiassa käytetty arvio tästä suhteesta on 1:10, jolloin millimetri vettä vastaa senttimetriä lunta. Lumen tiheys vaihtelee kuitenkin säätilanteen mukaan. Kuohkeinta lunta sataa −15 asteen vaiheilla, mutta ratkaiseva ei ole pelkästään lämpötila maanpinnan lähellä vaan koko lumihiutaleen elinkaaren aikana pilvestä alkaen. Myös tuulen nopeus vaikuttaa lumen tiheyteen.
Lumen vesiarvo kertoo, kuinka paksua vesikerrosta tietyn paksuinen lumikerros vastaa. Lumen tiheys vaikuttaa sen vesiarvoon. Vesiarvo voidaan mitata paineanturilla tai lumivaa'alla. Toisin kuin usein luullaan, ei lumen massa lisäänny suojasäällä (lämpötila nousee nolla-asteen yläpuolelle). Sen sijaan lumen tiheys muuttuu ja tiiviimpää suojalunta mahtuu enemmän samaan tilaan kuin tiheydeltään harvempaa pakkaslunta. Jos siis vaikkapa katolla on paljon pakkaslunta ja lämpötila nousee plussan puolelle, ei katolla olevan lumen massa lisäänny yhtään. Jotta massa lisääntyisi, on lunta tai vettä tultava lisää katolle. Veden osalta käy vielä yleensä niin, että se vain nopeuttaa katolla olevan lumen sulamista, joten lumikuorma voikin päinvastoin entisestään keventyä.
Lumi ja ilmasto pienoiskuva|Animaatio lumen levinneisyydestä vuodenajan mukaan. pienoiskuva|Maat, joissa on edes joskus satanut lunta: Lumipeite heijastaa merkittävästi enemmän auringon lyhytaaltoista säteilyä kuin paljas maa. Vastasatanut puhdas kuiva lumi heijastaa 80–90 % säteilystä, kun paljaan maan heijastuskyky eli albedo on noin 10 %. Lumi siis vaikuttaa talvella valoisuuteen, sillä korkean heijastuskykynsä vuoksi se lähes kaksinkertaistaa valon määrän. Syksypuolen pilvisiä hämäriä päiviä tuore lumi valaisee merkittävästi. Aurinkoisella säällä keväthangen häikäisy on voimakasta auringonsäteiden heijastuessa hangelta. Lumen sulaessa märkä ja ehkä likainenkin lumi ei enää heijasta valoa yhtä voimakkaasti.