L'acqua della Terra è in costante transizione attraverso il ciclo idrologico. Diversi processi naturali fanno sì che l'acqua cambi lo stato da solido a liquido a gas. Quando l'acqua diventa un gas, entra nell'atmosfera in tre modi diversi.
Quando l'acqua viene riscaldata fino al punto di ebollizione, diventa vapore acqueo ed entra nell'atmosfera. L'energia del sole fa sì che l'acqua si scaldi ed evapori. Una grande quantità di acqua nelle nuvole nell'atmosfera proviene dall'acqua che è evaporata dall'oceano e alla fine si è condensata nell'alta atmosfera. Tuttavia, l'acqua può evaporare anche dal suolo e da altre superfici.
Secondo l'U.S. Geological Survey, circa il 10% dell'acqua nell'atmosfera è il risultato della traspirazione, un processo in cui il vapore acqueo viene rilasciato dalle foglie delle piante. Le radici delle piante attingono acqua dal terreno. Parte di quest'acqua viene rilasciata nell'atmosfera sotto forma di vapore quando piccole aperture nelle foglie, chiamate stomi, si aprono durante la fotosintesi.
La sublimazione comporta il passaggio dell'acqua dal suo stato solido direttamente al suo stato gassoso, senza una fase liquida in mezzo. Il ghiaccio in genere si trasforma direttamente in vapore acqueo ad alta quota, dove l'umidità è relativamente bassa, sono presenti venti secchi e il sole è abbondante.