第一步是蒸發和蒸騰的水分子進入大氣。
吸收太陽輻射熱後，水分子從海洋、河流、湖泊、潮濕土壤和其他潮濕表麵蒸發到大氣中去；生長在地表的植物，通過莖葉的蒸發將水擴散到大氣中，植物的這種蒸發作用通常又稱為蒸騰。據估計，在一個生長季中0.4公頃的穀物幾乎就可以蒸騰200萬升的水，等於同等麵積內43厘米深的水層。
通過蒸發和蒸騰的水，水質都得到了純化，是清潔水。
第二步是以降水形式返回大地。
水分子進入大氣後，變為水汽隨氣流運動，在適當條件下，遇冷凝結形成降水，以雨或雪的形式降落到地麵。降水不但給地球帶來淡水，養育了千千萬萬的生命，同時，還能淨化空氣，把一些天然的和人為的汙物從大氣中洗去。
降水是陸地水資源的根本來源。我國多年來平均年降水量為632毫米，而全球陸地平均年降水量是834毫米。
第三步是重新返回蒸發點。
當降水到達地麵時，一部分滲入地下，補給地下水；一部分從地表流掉，補給河流。地表的流水，即徑流可以帶走泥粒，導致侵蝕；也可以帶走細菌、灰塵和化肥、農藥等，因而徑流常常是被汙染的。最後千流歸大海，水又回到海洋以及河流、湖泊等蒸發點。這就是地球上的水循環。
推動這種循環的永恒動力是太陽輻射。進入到地球上的太陽能約有23％消耗於海洋表麵和陸地表麵的蒸發上，當水汽凝結時，這些能量又重新釋放出來。就全年平均情況來看，大約從北緯40度到南緯30度是一個廣大的輻射過剩區域，而極地周圍的高緯度地區是輻射虧損區。海陸之間，在不同的季節有著不同的虧損和盈餘。隻有把熱量從盈餘的地區向虧損的地區輸送，才能達到全球的能量平衡。而水分循環是這種能量輸送的主要途徑之一。水在海洋中能夠形成洋流，水又能夠以氣液相變的形式來大量地儲存和輸送能量。這種能量輸送保持了全球的能量平衡，使得輻射的虧損區不至於太冷，輻射過剩區不至於太熱，為生物提供了一種適宜的生活環境。
有時水循環會出現一些較特殊的情況。在高緯度和高海拔區，自大氣層降下的不是水而是雪。落在極地區或山地的雪積久可成冰，水因此得到保存，算是退出循環，退出時間一般為幾十年、幾百年或幾千年。因此，冰雪的固結與消融，影響著參與水循環的水的總量，進而影響全球海麵變化。
南極冰蓋和格陵蘭冰蓋是世界上最大的冰庫。如果全部融化，海洋的水位就會上升大約60米，這意味著各大洲的沿海地區、包括許多世界級大城市都將被淹沒，海平麵將達到紐約曼哈頓摩天大樓的20層樓那麼高。
水分循環的過程是非常複雜的。除了這種海陸之間的水分循環外，海洋有自己的洋流等水圈內部的水循環；大氣圈裏有隨著大氣環流進行的大氣內部水循環；大氣圈與陸地之間，大氣圈與洋麵之間，有著水汽形成降水，降落的水分又被蒸發的直接循環；岩石圈上存在著地表水與地下水之間的轉換與循環；生物體內也有著生物水的循環等。
水分循環把地球上所有的水，無論是大氣、海洋、地表還是生物圈中的水，都納入了一個綜合的自然係統中，水圈內所有的水都參與水的循環。像人體中，從飲水到水排出體外隻要幾個小時；大氣中的水，從蒸發進入大氣，到形成降水離開大氣，平均來說，完成一次循環要8～10天；世界大洋中的水，如果都要蒸發進入大氣，完成一次水分循環的過程，需要3000～4000年。
水分循環係統是一個水的自然淨化係統。水不斷地從潮濕的表麵蒸發，或者從植物表麵蒸騰，當水蒸氣進入大氣時，大部分雜質留下來。雨水到了地麵經過沙石的過濾和沉澱，成為潔淨的水。在這個淨化過程中，海洋起著巨大的作用。太陽、海洋和大氣像一個巨大的蒸餾裝置，時刻不停地運轉著。
由於水分循環的存在，使得水成為地球上最活躍的物質，使全球的水量和熱量得到均衡調節。正是由於這種年複一年、日複一日永不停息的水分循環，才使得大氣圈氣象萬千，使得地球表麵千姿百態，生機盎然。假如水分循環停止，將再也看不到電閃雷鳴、雨雪霜雹；再也沒有晴、雨、陰、雲的天氣變化；再也看不到江、河、湖、沼；當然更不會有森林、草原；動物與人類也將不存在。