自然界水循環的過程為：地面上液態或固態的水吸熱變成水蒸氣上升到空中，空中的水蒸氣遇冷（放熱）又變成液態或固態的水降到地面，如此循環不止。
水循環的主要環節有蒸發、降水、水汽輸送、地表徑流、下滲、地下徑流、植物蒸騰等。臺風登陸屬水汽輸送環節，江河入海屬地表徑流環節，跨流域調水是人類改變了地表徑流。外流河參與了海陸間循環，內流河（如塔裏木河）只參與了陸上內循環。
水循環是多環節的自然過程，全球性的水循環涉及蒸發、大氣水分輸送、地表水和地下水循環以及多種形式的水量貯蓄。降水、蒸發和徑流是水循環過程的三個最主要環節，這三者構成的水循環途徑決定著全球的水量平衡，也決定著壹個地區的水資源總量。
蒸發是水循環中最重要的環節之壹。由蒸發產生的水汽進入大氣並隨大氣活動而運動。大氣中的水汽主要來自海洋，壹部分還來自大陸表面的蒸散發。大氣層中水汽的循環是蒸發－凝結－降水－蒸發的周而復始的過程。
海洋上空的水汽可被輸送到陸地上空凝結降水，稱為外來水汽降水；大陸上空的水汽直接凝結降水，稱內部水汽降水。壹地總降水量與外來水汽降水量的比值稱該地的水分循環系數。