Por efecto de la radiación solar el agua se evapora desde las masas de agua; océanos, mares, ríos y lagos (evaporación), así como desde el suelo y la vegetación (evapotranspiración) y alcanza la atmósfera. El vapor atmosférico que se forma durante este proceso precisa núcleos de condensación para condensarse que pueden ser naturales (polvo terrestre, cristales de sal, partículas volcánicas) o artificiales (partículas y aerosoles contaminantes). El agua cae de nuevo en forma de precipitación (lluvia, nieve), pero no toda la precipitación alcanza la superficie, ya que parte vuelve a evaporarse en su caída y parte es retenida por la vegetación, los edificios...etc.

Del agua que alcanza la superficie del terreno, una parte queda retenida en charcas o surcos (almacenamiento superficial), que en su mayoría vuelve pronto a la atmósfera en vapor. Otra parte circula por la superficie y se concentra en pequeños regatos que luego se reúnen en arroyos y más tarde en ríos (escorrentía superficial). Este agua irá a parar a lagos o al mar de donde será evaporada o se infiltrará en el terreno.

Otra parte de la precipitación penetra bajo la superficie del terreno (infiltración) a través de los poros y fisuras del suelo, alcanzando en algunas ocasiones la zona saturada o de aguas subterráneas y en otras permaneciendo en la zona no saturada o de humedad del suelo. En caso de permanecer en la zona no saturada, es absorbida por las raíces de las plantas y acaba volviendo a la atmósfera por evapotranspiración. El agua subterránea puede también evapotranspirarse en caso de encontrarse muy próxima a la superficie del suelo, en caso contrario puede pasar a engrosar el caudal de los ríos alimentando directamente al cauce o mediante manatiales. La mayor parte de las aguas de escorrentía y subterráneas, excepto en cuencas endorreicas o interiores de las zonas áridas, terminan en el mar donde vuelve a evaporarse el agua renaciendo el ciclo.