Das Wasser der Erde durchläuft ständig den Wasserkreislauf. Mehrere natürliche Prozesse bewirken, dass Wasser seinen Zustand von fest über flüssig in gasförmig ändert. Wenn Wasser gasförmig wird, gelangt es auf drei verschiedene Arten in die Atmosphäre.
Wenn Wasser bis zum Siedepunkt erhitzt wird, wird es zu Wasserdampf und gelangt in die Atmosphäre. Durch die Sonnenenergie erwärmt sich das Wasser und verdunstet. Ein großer Teil des Wassers in den Wolken in der Atmosphäre stammt aus Wasser, das aus dem Ozean verdunstet und schließlich in der oberen Atmosphäre kondensiert ist. Wasser kann jedoch auch aus dem Boden und anderen Oberflächen verdunsten.
Etwa 10 % des Wassers in der Atmosphäre sind nach Angaben des U.S. Geological Survey das Ergebnis von Transpiration, einem Prozess, bei dem Wasserdampf von Pflanzenblättern freigesetzt wird. Pflanzenwurzeln entziehen dem Boden Wasser. Ein Teil dieses Wassers wird als Dampf in die Atmosphäre abgegeben, wenn sich während der Photosynthese kleine Öffnungen in den Blättern, sogenannte Spaltöffnungen, öffnen.
Bei der Sublimation wird Wasser vom festen Zustand direkt in den gasförmigen Zustand überführt, ohne dass eine flüssige Phase dazwischen liegt. In großen Höhen, wo die Luftfeuchtigkeit relativ niedrig ist, trockene Winde vorhanden sind und viel Sonnenschein vorhanden ist, verwandelt sich Eis typischerweise direkt in Wasserdampf.