Το νερό της Γης μεταβαίνει συνεχώς στον υδρολογικό κύκλο. Αρκετές φυσικές διεργασίες προκαλούν το νερό να αλλάζει καταστάσεις από στερεό σε υγρό σε αέριο. Όταν το νερό γίνεται αέριο, εισέρχεται στην ατμόσφαιρα με έναν από τους τρεις διαφορετικούς τρόπους.
Όταν το νερό θερμαίνεται στο σημείο βρασμού του, γίνεται υδρατμός και εισέρχεται στην ατμόσφαιρα. Η ενέργεια από τον ήλιο προκαλεί το νερό να ζεσταθεί και να εξατμιστεί. Μεγάλη ποσότητα νερού σε σύννεφα στην ατμόσφαιρα προέρχεται από νερό που εξατμίστηκε από τον ωκεανό και τελικά συμπυκνώθηκε στην άνω ατμόσφαιρα. Ωστόσο, το νερό μπορεί να εξατμιστεί από το έδαφος και άλλες επιφάνειες επίσης.
Περίπου το 10% του νερού στην ατμόσφαιρα είναι το αποτέλεσμα της διαπνοής, μια διαδικασία κατά την οποία απελευθερώνεται υδρατμός από τα φύλλα των φυτών, σύμφωνα με την Αμερικανική Γεωλογική Έρευνα. Οι ρίζες των φυτών αντλούν νερό από το έδαφος. Μερικό από αυτό το νερό απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ως ατμός όταν ανοίγουν μικρά φύλλα στα φύλλα, που ονομάζονται στομάτα, κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης.
Η εξάχνωση περιλαμβάνει τη μετάβαση του νερού από τη στερεά του κατάσταση απευθείας στην αέρια του κατάσταση, χωρίς ενδιάμεση υγρή φάση. Ο πάγος συνήθως αλλάζει απευθείας σε υδρατμούς σε μεγάλα υψόμετρα, όπου η υγρασία είναι σχετικά χαμηλή, υπάρχουν ξηροί άνεμοι και η ηλιοφάνεια είναι άφθονη.