พายุเฮอริเคนแซมมีต้นกำเนิดมาจากคลื่นเขตร้อนที่เคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตกซึ่งแยกตัวออกจากชายฝั่งตะวันตกของแอฟริกาเมื่อวันที่ 19 กันยายน^{[ 3 ]}ศูนย์พายุเฮอริเคนแห่งชาติ (NHC) ได้พยากรณ์ความเป็นไปได้ของการพัฒนาเป็นพายุหมุนเขตร้อนก่อนหน้านั้นในวันนั้น^{[ 4 ]}แม้ว่ากิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนองจะมีการจัดระเบียบอยู่บ้าง แต่ระบบก็ขาดการหมุนเวียนของอากาศที่พื้นผิวแบบปิด ลมระดับบนขัดขวางการพัฒนาของระบบในวันถัดไป^{[ 5 ] [ 6 ]}ทำให้เกิดความผันผวนในการจัดระเบียบ^{[ 7 ] [ 8 ]}พายุฝนฟ้าคะนองเริ่มมีการจัดระเบียบมากขึ้น^{[ 9 ]}และการหมุนเวียนของอากาศที่พื้นผิวระดับต่ำที่ยาวขึ้นได้พัฒนาขึ้นในวันที่ 22 กันยายน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของพายุดีเปรสชันเขตร้อนประมาณ 21:00 UTC ในวันนั้น ในเวลานั้น สันความกดอากาศสูงระดับกลางที่ตั้งอยู่ทางทิศเหนือและทิศตะวันตกกำลังนำพาระบบไปทางทิศตะวันตก พายุดีเปรสชันที่เพิ่งก่อตัวขึ้นตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยทั้งด้านล่างและด้านบน โดยมีอุณหภูมิพื้นผิวทะเล82–84 °F (28–29 °C)และแรงเฉือนลมในแนวดิ่งต่ำ^{[ 10 ]}  

การเพิ่มความรุนแรงในช่วงแรกเป็นไปอย่างช้าๆ ศูนย์กลางของพายุยังคงติดอยู่กับขอบด้านเหนือของร่อง ความกดอากาศต่ำ และการหมุนเวียนของอากาศที่พื้นผิวของพายุนั้นปิดสนิทเพียงเล็กน้อย^{[ 11 ]}แม้ว่าพายุดีเปรสชันจะมี แถบ ฝนโค้ง พาด ผ่านด้านเหนือและด้านตะวันตก แต่ก็มีอากาศแห้งไหลเข้ามาทางด้านตะวันออก^{[ 12 ]}พายุดีเปรสชันได้รับการยกระดับเป็นพายุโซนร้อนแซมเมื่อเวลา 15:00 UTC ของวันที่ 23 กันยายน หลังจากโครงสร้างของพายุดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัดทั้งใน ภาพถ่าย ดาวเทียมและภาพถ่ายไมโครเวฟโดยภาพถ่ายไมโครเวฟแสดงให้เห็นลักษณะเป็นแถบที่พันรอบศูนย์กลางประมาณ 75 เปอร์เซ็นต์ การรวมกันของสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวย การปรับปรุงโครงสร้างของแซม และการเรียงตัวของศูนย์กลางระดับต่ำและระดับกลางของพายุไซโคลน บ่งชี้ว่าการเพิ่มความรุนแรงอย่างรวดเร็วกำลังจะเกิดขึ้น^{[ 13 ]}พายุมีความรุนแรงขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลาไม่นานหลังจากนั้น โดยมีกำแพงตาพายุเกิดขึ้นในภาพถ่ายไมโครเวฟ^{[ 14 ]}เช่นเดียวกับลักษณะเป็นแถบที่พันรอบศูนย์กลางส่วนใหญ่ พายุแซมกลายเป็นพายุเฮอริเคนระดับ 1 เมื่อเวลาประมาณ 09:00 UTC ของวันที่ 24 กันยายน^{[ 15 ]}

การเพิ่มกำลังของพายุแซมหยุดชะงักลงชั่วขณะหนึ่งเนื่องจากอากาศแห้งทำให้ส่วนตะวันตกของแกนกลางพายุอ่อนกำลังลง^{[ 16 ]}พายุไซโคลนเริ่มทวีความรุนแรงขึ้นอีกครั้งในช่วงปลายวันที่ 24 กันยายน เนื่องจากอิทธิพลของอากาศแห้งลดลง อย่างไรก็ตาม ภาพถ่ายไมโครเวฟแสดงให้เห็นผนังตาพายุเป็นวงกลมซ้อนกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าแซมกำลังอยู่ในช่วงวัฏจักรการเปลี่ยนผนังตาพายุ พายุยังคงเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ แต่ความเร็วในการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเริ่มลดลงอันเป็นผลมาจากสันความกดอากาศระดับกลางที่เคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือของแซม^{[ 17 ]}ตาพายุขนาดเล็กกว้าง 12 ไมล์ (19 กิโลเมตร) ปรากฏขึ้นใน ภาพถ่ายดาวเทียม อินฟราเรดในช่วงต้นวันที่ 25 กันยายน ล้อมรอบด้วยวงแหวนสมมาตรของยอดเมฆ เย็นที่อุณหภูมิ -94 °F (-70 °C) ^{[ 18 ] [ 19 ]}แซมได้รับการยกระดับเป็นพายุเฮอริเคนระดับ 3 ครั้งใหญ่เมื่อเวลา 15:00 UTC ของวันที่ 25 กันยายน หลังจากที่ตาพายุส่วนใหญ่ปราศจากเมฆ^{[ 20 ]}พายุไซโคลนทวีความรุนแรงขึ้นเป็นระดับ 4 เมื่อเวลา 21:00 UTC ^{[ 21 ]}เครื่องบิน ลาดตระเวน NOAA Hurricane Huntersที่สำรวจพายุในวันนั้นระบุว่า มี เมโซวอร์เทกซ์ หลายแห่ง รวมถึงบางแห่งที่มีขนาดเท่ากับพายุทอร์นาโด อยู่ในทั้งส่วนตะวันออกเฉียงใต้และตะวันตกเฉียงเหนือของกำแพงตาพายุ ทิศทางลมตรงกันข้ามกับทิศทางลมปกติในบางพื้นที่ เรดาร์จากเครื่องบินแสดงให้เห็นว่าอากาศแห้งกำลังไหลเข้าสู่พายุ ทำให้กำแพงตาพายุบางลงในหลายจุด^{[ 22 ]}พายุเฮอริเคนยังคงทวีความรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ จนถึงวันที่ 26 กันยายน โดย NHC คาดการณ์ว่าจุดสูงสุดของพายุแซมน่าจะเกิดขึ้นระหว่างเวลา 19:00 ถึง 22:00 UTC โดยน่าจะมีความเร็วลมสูงสุด155 ไมล์ต่อชั่วโมง (250 กิโลเมตรต่อชั่วโมง)และความดันศูนย์กลางต่ำสุด927 มิลลิบาร์ (27.4 นิ้ว ปรอท)ในช่วงเวลานั้น ตาพายุหดตัวลงเหลือเส้นผ่านศูนย์กลาง8 ไมล์ (13 กม.) ^{[ 23 ]}และการพาความร้อนเย็นรอบตาพายุมีขนาดใหญ่ขึ้น ในทำนองเดียวกัน การตรวจด้วยคลื่นไมโครเวฟแสดงให้เห็นกำแพงตาพายุที่กะทัดรัดและแข็งแรงล้อมรอบตาพายุขนาดเล็ก แซมกลายเป็นพายุเฮอริเคนระดับ 4 หรือ 5 ลูกที่สองที่บันทึกไว้ซึ่งอยู่ทางตะวันออกหรือใต้ของมหาสมุทรแอตแลนติกในช่วงปลายปีเช่นนี้ โดยลูกแรกคือลอเรนโซในปี 2019 ^{[ 24 ]} แม้ว่าแซมจะมีความรุนแรง แต่ก็ยังคงเป็นพายุขนาดเล็ก โดยมีลมแรงระดับพายุโซนร้อนแผ่ออกไปไกลถึง80 ไมล์ (130 กม.)จากศูนย์กลาง^{[ 25 ]}         

สันความกดอากาศสูงกึ่งเขตร้อนที่ตั้งอยู่ทางเหนือและตะวันออกเฉียงเหนือของพายุแซม ทำให้พายุเริ่มเคลื่อนตัวไปทางตะวันตกเฉียงเหนือในช่วงต้นวันที่ 27 กันยายน ในเวลาเดียวกัน วัฏจักรการเปลี่ยนผนังตาพายุรอบที่สองทำให้พายุอ่อนกำลังลง ตาพายุมีขนาดใหญ่ขึ้นเป็นสองเท่าและเต็มไปด้วยเมฆ ในขณะที่การพาความร้อนในผนังตาพายุไม่สม่ำเสมอและเสื่อมลงทางด้านตะวันออกของพายุแซม^{[ 23 ]}ไม่นานหลังจากนั้น ตาพายุแซมก็หายไปจากภาพถ่ายดาวเทียมอินฟราเรดและภาพถ่ายดาวเทียมที่มองเห็นได้ทั้งหมด อันเป็นผลมาจากวัฏจักรการเปลี่ยนและอากาศแห้งระดับกลางที่แทรกเข้ามาจากทางตะวันตก^{[ 26 ] [ 27 ]}พายุอ่อนกำลังลงเป็นระดับ 3 ประมาณ 15:00 UTC ^{[ 27 ]}และอ่อนกำลังลงที่120 ไมล์ต่อชั่วโมง (190 กิโลเมตรต่อชั่วโมง)ประมาณ 21:00 UTC ในเวลานั้น ตาพายุใหม่ได้ปรากฏขึ้นในภาพถ่ายดาวเทียม ล้อมรอบด้วยวงแหวนของยอดเมฆ ที่อุณหภูมิ -85 °F (-65 °C) ^{[ 28 ]}เครื่องบินลาดตระเวนพบว่าสนามลมของพายุไซโคลนเพิ่มขึ้นหลังจากวงจรการเปลี่ยนผนังตา^{[ 29 ]}โดยรัศมีของลมระดับพายุเฮอริเคนขยายออกไปเป็น40 ไมล์ (64 กม.)และรัศมีของลมระดับพายุโซนร้อนเพิ่มขึ้นเป็น125 ไมล์ (201 กม. ) ^{[ 30 ] [ 31 ]}      

พายุแซมทวีความรุนแรงขึ้นเป็นพายุเฮอริเคนระดับ 4 อีกครั้งเมื่อเวลาประมาณ 09:00 UTC ของวันที่ 28 กันยายน หลังจากที่เมฆเย็นก่อตัวเป็นวงแหวนรอบตาพายุ ผนังตาพายุที่เป็นวงกลมที่เคยปรากฏให้เห็นก่อนหน้านี้ได้หลอมรวมกันเป็นผนังตาพายุเดียว^{[ 29 ] [ 32 ]}ต่อมาในวันนั้น โครงสร้างของพายุเสื่อมลง โดยตาพายุปรากฏให้เห็นน้อยลงในภาพถ่ายดาวเทียมการไหลออกของอากาศ ระดับบน ลดลงในบริเวณตะวันตกเฉียงใต้ของพายุแซม อันเป็นผลมาจากอากาศแห้งระดับกลางที่พัดเข้ามา และมีเมฆอาร์คัส หลายก้อน แผ่กระจายออกไปจากด้านตะวันตกของพายุ^{[ 33 ]} พายุ แซมทวีความรุนแรงขึ้นเป็น140 ไมล์ต่อชั่วโมง (230 กิโลเมตรต่อชั่วโมง)ในช่วงต้นวันที่ 29 กันยายน ขณะที่ตาพายุอุ่นขึ้นและการพาความร้อนในผนังตาพายุเย็นลง^{[ 34 ]}หลังจากนั้นไม่นาน พายุไซโคลนก็อ่อนกำลังลงเล็กน้อยอันเป็นผลมาจากแรงเฉือนลมตะวันตกเฉียงใต้ระดับปานกลาง โดยตาของพายุแซมเต็มไปด้วยเมฆ และการหมุนเวียนของอากาศเอียงไปทางทิศตะวันตกเฉียงใต้ถึงตะวันออกเฉียงเหนือ อย่างไรก็ตาม การพาความร้อนรอบตาพายุเย็นลง^{[ 35 ]}ต่อมาในวันนั้น รูปแบบเมฆโดยรวมของพายุแซมดีขึ้น อย่างไรก็ตาม เครื่องบินลาดตระเวนล่าพายุเฮอริเคนรายงานว่าวงจรการเปลี่ยนผนังตาพายุรอบใหม่กำลังดำเนินอยู่^{[ 36 ] [ 37 ]}  

สำนักงานบริการสภาพอากาศเบอร์มูดาออกประกาศเตือนพายุโซนร้อนสำหรับเบอร์มูดาเมื่อเวลา 09:00 UTC ของวันที่ 30 กันยายน เนื่องจากมีศักยภาพที่พายุไซโคลนจะนำสภาพอากาศแบบพายุโซนร้อนมาสู่เกาะ^{[ 38 ]}ประกาศเตือนดังกล่าวได้รับการยกระดับเป็นคำเตือนพายุโซนร้อนเมื่อเวลา 21:00 UTC ^{[ 39 ]}ในช่วงต้นของวันที่ 30 กันยายน แซมเริ่มมีแนวโน้มความแข็งแกร่งขึ้นอีกครั้งเมื่อวงจรการเปลี่ยนผนังตาพายุสิ้นสุดลง โดยตั้งอยู่เหนือกระแสน้ำวนในมหาสมุทร ที่อบอุ่น และภายในบริเวณที่มีแรงเฉือนลมต่ำ^{[ 40 ]}พายุไซโคลนมีตาที่อบอุ่น50–68 °F (10–20 °C)กว้าง 29 ไมล์ (46 กม.) ล้อมรอบด้วยยอดเมฆที่เย็น−76 ถึง −94 °F (−60 ถึง −70 °C)ตั้งแต่วันที่ 30 กันยายนถึง 1 ตุลาคม^{[ 41 ] [ 42 ]}ในช่วงต้นวันที่ 1 ตุลาคม แซมเปลี่ยนทิศทางไปทางทิศเหนือ-ตะวันตกเฉียงเหนือขณะที่เริ่มเคลื่อนตัวรอบขอบด้านตะวันตกของสันความกดอากาศสูงกึ่งเขตร้อน^{[ 42 ]}แซมถึงจุดสูงสุดรองประมาณ 09:00 UTC โดยมีลมสูงสุดต่อเนื่อง150 ไมล์ต่อชั่วโมง (240 กม./ชม.)และความดันศูนย์กลางต่ำสุด934 มิลลิบาร์ (27.6 นิ้ว ปรอท) ^{[ 43 ]}        

พายุไซโคลนยังคงความรุนแรงไว้ประมาณ 12 ชั่วโมงขณะเคลื่อนตัวไปทางเหนือ^{[ 44 ] [ 45 ]}พายุยังคงมีตาที่สมมาตรและชัดเจน และมีเมโซวอร์ติซีหลายตัวปรากฏให้เห็นในภาพถ่ายดาวเทียม^{[ 45 ]}แซมเริ่มอ่อนกำลังลงในวันที่ 2 ตุลาคม โดยตาของพายุเริ่มเต็มไปด้วยเมฆ^{[ 46 ]}ในช่วงหลายชั่วโมงถัดมา พายุไซโคลนได้หันไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือภายใต้อิทธิพลของกระแสลมนำทางระหว่างระบบความกดอากาศต่ำขนาดใหญ่ที่ตั้งอยู่เหนือแอตแลนติกแคนาดาและสันความกดอากาศสูงในชั้นบรรยากาศลึกที่ตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกและตะวันออกเฉียงเหนือของแซม^{[ 46 ] [ 47 ]}แรงเฉือนในชั้นบรรยากาศลึกจากทิศใต้ระดับปานกลางยังคงทำให้ระบบอ่อนกำลังลง^{[ 48 ]}โดยแซมลดระดับความรุนแรงลงเหลือระดับ 3 ในเวลา 21:00 UTC ^{[ 49 ]}ตาของพายุเฮอริเคนหายไปจากภาพถ่ายดาวเทียม และยอดเมฆอุ่นขึ้นเป็น−76 ถึง −85 °F (−60 ถึง −65 °C)ในวันที่ 3 ตุลาคม^{[ 50 ] [ 51 ]}แซมอ่อนกำลังลงเป็นพายุเฮอริเคนระดับ 2 ตอนปลายวันนั้น^{[ 52 ]}พายุไซโคลนเริ่มเปลี่ยนผนังตาอีกครั้งในช่วงปลายวันที่ 3 ตุลาคม ขณะที่เคลื่อนตัวเข้าสู่อุณหภูมิผิวน้ำทะเลต่ำกว่า79 °F (26 °C)สนามลมของแซมยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง โดยมีลมแรงระดับพายุโซนร้อนแผ่ขยายออกไปไกลถึง 230 ไมล์ (370 กิโลเมตร) จากศูนย์กลางในทุกทิศทาง^{[ 53 ]}    

แซมมีกำลังแรงขึ้นเล็กน้อยขณะเคลื่อนตัวผ่านกระแสลมร้อนในช่วงต้นวันที่ 4 ตุลาคม ผนังตาพายุชั้นในมีความรุนแรงมากขึ้นและตาพายุก็จางลง^{[ 54 ]}ไม่นานหลังจากนั้น พายุไซโคลนเคลื่อนตัวผ่านบริเวณผิวน้ำทะเลที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าและเริ่มอ่อนกำลังลงอีกครั้ง ผนังตาพายุชั้นในสลายตัวอย่างรวดเร็วทางด้านตะวันตกเฉียงเหนือ^{[ 55 ]}แซมอ่อนกำลังลงเป็นพายุเฮอริเคนระดับ 1 ประมาณ 21:00 UTC เนื่องจากยอดเมฆอุ่นขึ้นและตาพายุหายไปจากภาพถ่ายดาวเทียม^{[ 56 ] [ 57 ]}ไม่นานหลังจากนั้น แซมเริ่มเปลี่ยนเป็นพายุไซโคลนนอกเขตร้อน โดยรูปแบบเมฆขยายวงกว้างขึ้นทางด้านตะวันตกเฉียงเหนือและการพาความร้อนลดลง^{[ 58 ]}

เวลา 09:00  UTC ของวันที่ 5 ตุลาคม พายุแซมกลายเป็นพายุหมุนนอกเขตร้อนอย่างเต็มตัวขณะเคลื่อนตัวผ่าน น่านน้ำ 57 °F (14 °C)และ NHC ได้ออกคำแนะนำสุดท้ายเกี่ยวกับพายุลูกนี้ ศูนย์กลางการหมุนเวียนระดับต่ำของพายุแซมปรากฏให้เห็นที่ขอบด้านใต้ของ แถบเมฆ −58 °F (−50 °C)พายุไซโคลนมีลักษณะเหมือนระบบพายุหมุนนอกเขตร้อนแบบปิด แม้ว่าแกนกลางจะยังคงอบอุ่นในระดับกลางและระดับบน แต่ระดับล่างประกอบด้วยเมฆสตราโตคิวมูลัสที่ เย็น ^{[ 59 ]}ในอีกไม่กี่วันต่อมา พายุแซมได้เคลื่อนตัวเป็นวงทวนเข็มนาฬิกาสั้นๆ ก่อนที่จะเคลื่อนตัวไปทางตะวันออกเฉียงเหนือต่อไปพร้อมกับอ่อนกำลังลงเรื่อยๆ^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}ในช่วงเช้าของวันที่ 7 ตุลาคม พายุหมุนหลังเขตร้อนได้รวมตัวกับพายุหมุนนอกเขตร้อนอีกลูกหนึ่งเหนือมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือ หลังจากนั้น หย่อมความกดอากาศต่ำใหม่นี้ได้เคลื่อนตัวเป็นวงวนทวนเข็มนาฬิกาขนาดใหญ่ระหว่างไอซ์แลนด์และกรีนแลนด์ ก่อนที่จะถูกดูดกลืนโดยหย่อมความกดอากาศต่ำที่แรงกว่าในวันที่ 9 ตุลาคม ทางตะวันตกเฉียงใต้ของไอซ์แลนด์^{[ 62 ] [ 63 ]}จากนั้นหย่อมความกดอากาศต่ำนี้ก็เคลื่อนตัวไปทางตะวันออกอย่างรวดเร็วพร้อมกับอ่อนกำลังลงอย่างรวดเร็ว ผ่านไปทางใต้ของไอซ์แลนด์เล็กน้อย ก่อนที่จะถูกดูดกลืนโดยพายุหมุนนอกเขตร้อนอีกลูกหนึ่งเหนือสแกนดิเนเวียในวันที่ 12 ตุลาคม^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]}