El agua de la Tierra está en constante transición a través del ciclo hidrológico. Varios procesos naturales hacen que el agua cambie de estado de sólido a líquido y a gas. Cuando el agua se convierte en gas, entra a la atmósfera de una de tres formas diferentes.
Cuando el agua se calienta hasta su punto de ebullición, se convierte en vapor de agua y entra a la atmósfera. La energía del sol hace que el agua se caliente y se evapore. Una gran cantidad de agua en las nubes de la atmósfera proviene del agua que se evaporó del océano y finalmente se condensó en la atmósfera superior. Sin embargo, el agua también puede evaporarse del suelo y otras superficies.
Aproximadamente el 10% del agua en la atmósfera es el resultado de la transpiración, un proceso en el que las hojas de las plantas liberan vapor de agua, según el Servicio Geológico de EE. UU. Las raíces de las plantas extraen agua del suelo. Parte de esta agua se libera a la atmósfera en forma de vapor cuando se abren pequeñas aberturas en las hojas, llamadas estomas, durante la fotosíntesis.
La sublimación implica la transición del agua de su estado sólido directamente a su estado gaseoso, sin una fase líquida en el medio. El hielo generalmente se transforma directamente en vapor de agua a grandes altitudes, donde la humedad es relativamente baja, hay vientos secos y la luz solar es abundante.