Het water van de aarde gaat voortdurend door de hydrologische cyclus. Verschillende natuurlijke processen zorgen ervoor dat water van toestand verandert van vast naar vloeibaar naar gas. Wanneer water een gas wordt, komt het op drie verschillende manieren in de atmosfeer.
Wanneer water wordt verwarmd tot het kookpunt, wordt het waterdamp en komt het in de atmosfeer. Energie van de zon zorgt ervoor dat water opwarmt en verdampt. Een groot deel van het water in wolken in de atmosfeer is afkomstig van water dat uit de oceaan is verdampt en uiteindelijk is gecondenseerd in de bovenste atmosfeer. Water kan echter ook uit de grond en andere oppervlakken verdampen.
Ongeveer 10% van het water in de atmosfeer is het resultaat van transpiratie, een proces waarbij waterdamp vrijkomt door plantenbladeren, volgens de U.S. Geological Survey. Plantenwortels halen water uit de grond. Een deel van dit water komt als damp vrij in de atmosfeer wanneer kleine openingen in de bladeren, huidmondjes genaamd, openen tijdens fotosynthese.
Sublimatie omvat de overgang van water van de vaste toestand rechtstreeks naar de gasvormige toestand, zonder een vloeibare fase ertussen. IJs verandert meestal direct in waterdamp op grote hoogten, waar de luchtvochtigheid relatief laag is, er droge wind is en er veel zonneschijn is.