מי כדור הארץ עוברים כל הזמן במעגל ההידרולוגי. כמה תהליכים טבעיים גורמים למים לשנות מצבים ממוצק לנוזל לגז. כאשר מים הופכים לגז, הם נכנסים לאטמוספירה באחת משלוש דרכים שונות.
כאשר מחממים מים עד לסף רתיחה הם הופכים לאדי מים ונכנסים לאטמוספרה. אנרגיה מהשמש גורמת למים להתחמם ולהתאדות. כמות גדולה של מים בעננים באטמוספירה מקורם במים שהתאדו מהאוקיאנוס והתעבו בסופו של דבר באטמוספירה העליונה. עם זאת, מים יכולים להתאדות גם מאדמה ומשטחים אחרים.
כ -10% מהמים באטמוספירה הם תוצאה של זרימה, תהליך בו אדי מים משוחררים על ידי עלי הצמח, על פי הסקר הגיאולוגי האמריקני. שורשי הצמח שואבים מים מהאדמה. חלק ממים אלה משתחררים לאטמוספרה כקיטור כאשר פתחים קטנים בעלים, הנקראים סטומטה, נפתחים במהלך פוטוסינתזה.
סובלימציה כוללת מעבר של מים ממצבם המוצק ישירות למצבם הגזי, ללא שלב נוזלי בין לבין. קרח משתנה בדרך כלל ישירות לאדי מים בגבהים גבוהים, בהם הלחות נמוכה יחסית, רוחות יבשות קיימות ושמש בשפע.