Водата на Земята непрекъснато преминава през хидрологичния цикъл. Няколко естествени процеса водят до промяна на състоянието на водата от твърдо към течно към газово. Когато водата се превърне в газ, тя навлиза в атмосферата по един от трите различни начина.
Когато водата се нагрява до точката си на кипене, тя става водна пара и навлиза в атмосферата. Енергията от слънцето кара водата да се затопля и изпарява. Голямо количество вода в облаците в атмосферата идва от вода, която се изпари от океана и в крайна сметка се кондензира в горните слоеве на атмосферата. Водата обаче може да се изпари от почвата и други повърхности.
Около 10% от водата в атмосферата е резултат от транспирация, процес, при който водни пари се отделят от листата на растенията, според американското геоложко проучване. Корените на растенията черпят вода от почвата. Част от тази вода се отделя в атмосферата като пара, когато малки отвори в листата, наречени устици, се отворят по време на фотосинтезата.
Сублимацията включва преход на водата от нейното твърдо състояние директно в газообразно състояние, без течна фаза между тях. Ледът обикновено се превръща директно във водни пари на голяма надморска височина, където влажността е сравнително ниска, присъстват сухи ветрове и слънце е изобилно.