Zemes ūdens nepārtraukti pāriet pa hidroloģisko ciklu. Vairāki dabiski procesi liek ūdenim mainīt stāvokli no cieta uz šķidru uz gāzi. Kad ūdens kļūst par gāzi, tas atmosfērā nonāk vienā no trim dažādiem veidiem.
Sildot ūdeni līdz vārīšanās temperatūrai, tas kļūst par ūdens tvaiku un nonāk atmosfērā. Saules enerģija liek ūdenim sasilt un iztvaikot. Liels ūdens daudzums mākoņos atmosfērā nāk no ūdens, kas iztvaikojis no okeāna un galu galā kondensējās atmosfēras augšdaļā. Tomēr ūdens var iztvaikot arī no augsnes un citām virsmām.
Aptuveni 10% ūdens atmosfērā ir transpirācijas rezultāts - process, kurā augu tvaiki izdala ūdens tvaikus, norāda ASV Ģeoloģijas dienests. Augu saknes izvelk ūdeni no augsnes. Daļa šī ūdens tiek izvadīta atmosfērā kā tvaiks, kad fotosintēzes laikā atveras nelielas lapiņu atveres, ko sauc par stomātiem.
Sublimācija ietver ūdens pāreju no tā cietā stāvokļa tieši gāzveida stāvoklī, bez šķidrās fāzes starp tām. Ledus lielos augstumos parasti mainās tieši par ūdens tvaikiem, kur mitrums ir salīdzinoši zems, ir sausi vēji un pārpilna saulīte.