القوة الدافعة وراء دورة المياه هي الشمس. يوفر الطاقة اللازمة للتسبب في التبخر من المسطحات المائية أو التربة. تغطي المحيطات 71% من سطح الأرض، وتحتوي على 97% من مياهها. تعتبر مياه المحيط الدافئة مصدرًا رئيسيًا للرطوبة الجوية. قامت وكالة ناسا برسم خريطة للتوزيع العالمي لبخار الماء في الغلاف الجوي ووجدت أن معظمه يقع بالقرب من خط الاستواء. وهذا ليس مفاجئًا بشكل خاص نظرًا لأن محيطات العالم هي الأكثر دفئًا بين مدار السرطان ومدار الجدي حول خط الاستواء.

الطاقة المخزنة في الهواء الاستوائي هائلة. ويتجلى ذلك بوضوح في العدد الكبير من الأعاصير التي تحدث بانتظام في هذه المناطق. وفي السنوات الأخيرة، ضربت العواصف الاستوائية المدمرة آسيا وأمريكا الشمالية. في بعض الأحيان، تنطلق هذه العواصف من المناطق الاستوائية وتحمل الطاقة الاستوائية نحو الشمال، حيث يتم إطلاقها لتأثير كبير. إحدى هذه العواصف، إعصار ساندي، دمر مؤخرًا أجزاء من مدينة نيويورك المنطقة مما تسبب في خسائر في الأرواح وأضرار كبيرة في العديد من المناطق الساحلية التي كانت متطورة للغاية.

يمكن للمياه التي تتبخر في الغلاف الجوي أن تتكاثف وتتساقط على شكل أمطار أو ثلوج. تظهر خرائط هطول الأمطار في جميع أنحاء العالم أن معظم هطول الأمطار يقع ضمن المناطق الاستوائية، حيث تكون الرطوبة الجوية في أعلى مستوياتها. ومع ذلك، فإن العديد من المناطق الساحلية شمال أو جنوب المناطق الاستوائية تتلقى كميات كبيرة من الرطوبة. تميل المناطق الأكثر جفافًا في العالم إلى التواجد بالقرب من القطبين وداخل القارات بعيدًا عن مصادر الرطوبة.

الكثير من الأمطار التي تهطل في المناطق الاستوائية تسقط بسبب العواصف الحملية. وتتكرر هذه العواصف بشكل يومي في بعض المناطق الاستوائية. خلال النهار، يتبخر الماء من الأرض والبحر. مع تقدم اليوم، تحدث عواصف رعدية كبيرة في وقت متأخر بعد الظهر عندما تتراكم السحب على ارتفاعات شاهقة. ليلاً، تبرد الأجواء ويصحو. تتناقض دورة المطر اليومية هذه مع أنظمة هطول الأمطار الأمامية القارية التي تحدث في العديد من الأجزاء غير الاستوائية من العالم. في هذه المواقع، يهطل المطر عادة على طول الحدود الأمامية التي تفصل كتل الهواء الدافئة الناشئة في المناطق الاستوائية عن كتل الهواء الباردة الناشئة في القطبين. في بعض الأحيان تكون الاختلافات بين الكتل الهوائية ضئيلة وتكون العواصف والأمطار الناتجة معتدلة. عندما تكون الاختلافات كبيرة، يمكن أن يحدث طقس قاس يؤدي إلى عواصف رعدية أو أعاصير.

بمجرد وصول الرطوبة إلى سطح الأرض، يمكن أن تحدث لها أشياء كثيرة. يمكن أن يتبخر مرة أخرى في الغلاف الجوي، أو يمكن أن يتدفق إلى الجداول، أو يمكن أن يتم تخزينه على السطح في الجليد أو البحيرات أو المحيطات، أو يمكن أن يتسلل إلى الأرض.

تمثل المياه المخزنة في الجليد حوالي 1.75% من مياه الأرض ومعظم (70%) احتياطيات الأرض من المياه العذبة. ومعظم هذا الجليد عبارة عن مياه أحفورية، أي أنه يحتوي على هطول الأمطار في الماضي. الجليد السطحي في معظم المناطق القطبية حيث يتم تخزين الجليد منخفض نسبيًا. وبالتالي فإن الإضافات إلى الجليد كل عام تكون صغيرة نسبيًا مقارنة بإجمالي الجليد المخزن على الكوكب.

يعد جريان المياه في الجداول وسيلة مهمة لنقل المياه عبر كوكبنا. يساعد نقل المياه أيضًا على تآكل الأرض، كما أن نقل الرواسب والجداول يعد من الموائل المهمة. توجد نسبة صغيرة جدًا من مياه الأرض في الجداول (0.0002٪).

عندما تسقط الأمطار على سطح الأرض، فإنها تتحرك من خلال عملية تسمى التدفق البري، أو تدفق الصفائح، قبل الدخول في نظام القنوات. هذه التدفقات ويمكن أيضًا تغذيتها بالمياه الجوفية. تسمى الجداول التي تتدفق طوال العام بالجداول الدائمة. تسمى تلك التي تتدفق جزءًا من العام بالتيارات المتقطعة. تلك التي تتدفق فقط بعد هطول الأمطار تسمى تيارات سريعة الزوال. تُطلق على البخار مجموعة متنوعة من الأسماء مثل الأنهار والجداول والبايوس. هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأسماء الإقليمية للتيارات في جميع أنحاء العالم.

وكما ذكرنا سابقًا، يمكن أيضًا تخزين المياه على السطح في البحيرات والمحيطات. في حين أن المحيطات تحتوي على معظم مياه الأرض، فإن البحيرات تحتوي فقط على 0.007% من إجمالي مياه الأرض. هناك مئات الملايين من البحيرات في العالم، ويقع معظمها في خطوط العرض الشمالية في المناطق التي تأثرت بفعل الأنهار الجليدية. خلفت الكتل الجليدية العملاقة في العصر الجليدي الأخير وراءها العديد من البحيرات الصغيرة في جميع أنحاء أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا. كما توجد أيضًا بعض البحيرات الكبيرة جدًا، وأبرزها البحيرات الكبرى في الولايات المتحدة وكندا والتي نحتتها الأنهار الجليدية.

ويمكن أيضًا تخزين المياه في أنظمة المياه الجوفية التي تسمى طبقات المياه الجوفية. يتم تخزين حوالي 1.7% من مياه الأرض في أنظمة المياه الجوفية. عندما يكون الماء على سطح الأرض، فإنه يمكن أن يتسلل إلى التربة. عندما يدخل، يصبح جزءًا من منطقة الفادوز فوق طبقة المياه الجوفية. منطقة الفادوز هي منطقة غير مشبعة تخزن الرطوبة، ولكنها تحتوي أيضًا على غازات. ويسمى المستوى الذي يفصل منطقة الفادوز عن طبقة المياه الجوفية بالمنسوب المائي.

يتسرب الماء إلى باطن الأرض من خلال قوى الجاذبية وبسبب العمل الشعري (قدرة الماء على التحرك ضد قوى الجاذبية في المساحات المسامية الضيقة بسبب القوى السطحية والالتصاق). في حين أن هطول الأمطار يساعد على توفير الرطوبة إلى باطن الأرض، يجب أن يكون هناك جسم رسوبي أو صخرة مضيفة مناسبة لتخزين المياه. من أجل تخزين ونقل المياه، يجب أن تتمتع المواد الموجودة تحت السطح بمساحة مسامية ونفاذية (القدرة على نقل المياه). توجد بعض طبقات المياه الجوفية الأكثر إنتاجية في العالم في أنظمة الحجر الجيري الكارستية في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية.

الكارست هو مصطلح ينطبق على نطاق واسع على المناظر الطبيعية لتضاريس الحجر الجيري. تغطي المناظر الطبيعية الكارستية ما يقرب من 20% من العالم، كما أن 40% من المياه الجوفية في العالم مشتقة من الأنظمة الكارستية. السبب في كون الحجر الجيري عبارة عن طبقة مياه جوفية ممتازة هو أنه يحتوي على مسامية عالية ونفاذية عالية. الكالسيت، المعدن المهيمن في الحجر الجيري، يمكن أن يذوب عند ملامسته للماء ليشكل مساحات مسام مترابطة واسعة، بعضها كبير مثل الكهوف 

أنظمة الكارست ليست طبقات المياه الجوفية المهمة الوحيدة على هذا الكوكب. يمكن للحجر الرملي والبازلت والصخور والرواسب الأخرى، في الظروف المناسبة، أن تكون أنظمة مياه جوفية منتجة. وبطبيعة الحال، يتم إطلاق المياه من أنظمة المياه الجوفية عن طريق تصريفها إلى البحيرات أو الأنهار أو المحيطات أو المسطحات المائية الأخرى عبر الينابيع السطحية أو الجوفية. كما نقوم باستغلال أنظمة المياه الجوفية عن طريق الضخ من الآبار.

يوجد حاليًا عدد من المشكلات المرتبطة باستخدام المياه الجوفية، بما في ذلك التلوث وتسرب المياه المالحة والإفراط في الاستخدام. تحتوي بعض طبقات المياه الجوفية في المناطق القاحلة أو شبه القاحلة على مياه أحفورية سقطت على مدى مئات السنين. إن استخراج هذه المياه في عصرنا الحالي يمثل تحديات واضحة للاستدامة على المدى الطويل.