Вода - ключевой компонент в поддержании жизни на Земле. Вода в своих трех состояниях - жидкость, лед и водяные пары широко распространена на поверхности Земли и занимает объем 1,4 млрд. кмЗ. Почти вся эта вода (> 97 %) находится в океанах, а большая часть из оставшейся образует полярные ледяные шапки и ледники (около 2 %). Континентальные пресные воды представляют менее 1 % общего объема, в основном это подземные воды (глубинные 0,38 %, поверхностные — 0,30 %); озера 0,01 %, почвенная влага 0,005%, реки 0,0001%, биосфера 0,00004%. Атмосфера содержит сравнительно мало воды (в виде паров) - 0,001 %. В целом эти резервуары воды называют гидросферой.
Когда поверхность молодой Земли остыла до 100 °С, водяные пары, дегазирующиеся из мантии, могли сконденсироваться. По существованию погруженных в воду осадочных пород известно, что океаны образовались около 3,8*109 лет назад.
Круговорот между резервуарами воды в гидросфере называет гидрологическим циклом. Хотя объем водяных паров, содержащих в атмосфере, мал (около 0,013*106 км3), вода постоянно движется через этот резервуар. Она испаряется с поверхности океанов (0,423*106 км3/год) и суши (0,073*106 км3/год) и переносится с воздушными массами (0,037*106 км3/год), Несмотря на короткое время пребывая в атмосфере (обычно 10 дней), среднее расстояние водопереноса составляет около 1000 км. Водяные нары затем возвращаются либо в океаны (0,386*106 км3/год), либона континенты (0,110*106 км3/год) виде снега или дождя.
Большая часть дождевых осадков, попадающих на континенты, просачивается через отложения и пористые или раздробленные породы, образуя подземные воды (9,5*106 км3); остальная вода течет по поверхности, в виде рек (0,13-106 км3) или вновь испаряется в атмосферу. Поскольку общее количество воды в гидросфере постоянно во времени, процессы испарения и осаждения сбалансированы для Земли в целом, несмотря на большие локальные различия между регионами. Очень малое количество водяных паров проникает из атмосферы в космос, поскольку на высоте около 15 км низкие температуры вызывают их конденсацию и выпадение на более низкие уровни.
Быстрый перенос воды в атмосфере обусловливается поступающим солнечным излучением. Почти все излучение, достигающее коры, идет на испарение жидкой воды и образование атмосферных водяных паров. Энергия, используемая для этого преобразования, которая затем содержится в парах, называется скрытой теплотой испарения. Большая часть из оставшегося излучения поглощается корой, причем эффективность этого процесса уменьшается с увеличением широты, в основном из-за сферической формы Земли.
Солнечные лучи нагревают поверхность Земли под углом 90° на экваторе, но с увеличением широты под все меньшими углами, приближаясь к 00 на полюсе. Таким образом, одинаковое количество излучения распространяется на большие площади в высоких широтах по сравнению с экватором. Изменение с широтой количества поступающего излучения не сбалансировано излучением с поверхности Земли, таким образом, результатом является общий радиационный дисбаланс. Однако полюса не становятся все более холодными, а экватор – теплее, поскольку тепло перемещается в направлении полюсов с теплыми океаническими течениями, а также существует направленное к полюсам движение теплого воздуха и скрытой теплоты испарения водяных паров.