Evaporación. Considerando que alrededor de 96% del agua del planeta se encuentra almacenada en los océanos, estos pueden tomarse como punto de partida para el estudio del ciclo hidrológico. Así, este iniciaría con los procesos de evaporación que convierten en gas la superficie del agua líquida de los océanos, gracias a la acción de la luz solar y al calentamiento diario de la Tierra. Los océanos brindan un 90% del vapor de agua que hay en la atmósfera. Los lagos y ríos aportan un porcentaje menor; y otro menor aún los glaciares y nieves que, al estar en climas muy fríos para convertirse en agua, se subliman en lugar de evaporarse (pasan de sólido a gaseoso directamente).
Condensación. El agua en la atmósfera se desplaza enormes distancias, esparciéndose por los vientos y enfriando regiones alejadas del océano. Allí arriba, la temperatura más baja le permite al vapor de agua condensarse, recuperando su forma líquida de manera gradual, hasta formar nubes cada vez más oscuras a medida que contienen más y más gotas de agua.
Precipitación. Cuando las gotas de agua contenidas en las nubes son ya lo suficientemente grandes y pesadas, rompen su estado de equilibrio y se producen las lluvias o precipitaciones. Por lo general el agua cae en forma líquida, pero en ciertas regiones y condiciones climáticas puede hacerlo en forma más o menos sólida, como nieve, escarcha o granizo.
Derretimiento y aguas escurridas. En el caso específico del agua que cae en tierra firme, lejos de ríos, lagos u océanos, o de la que cae como nieve o granizo en la cumbre de las montañas y otros lugares helados y secos, el retorno del líquido hacia los mares se produce a través de otros métodos. Así, la descarga de las aguas filtradas hacia las capas subterráneas de la tierra, el escurrimiento por acción de la gravedad y la topografía, o el derretimiento de los hielos en las estaciones cálidas, como ocurre en los polos y en las regiones continentales heladas, devuelve el agua a su punto inicial del ciclo.