Water speelt een belangrijke rol in het weer, hoewel het maar een klein deel van de atmosfeer uitmaakt. In sommige gebieden kan de atmosfeer tot 4% water bevatten, terwijl er in andere gebieden helemaal geen atmosferisch water is. Aangezien water onder normale atmosferische omstandigheden kan bestaan als vaste stof, vloeistof of gas, neemt het deel aan de hydrologische cyclus. In deze cyclus verdampt water uit de oceaan in de vorm van waterdamp en keert uiteindelijk terug naar land en zee in de vorm van neerslag.
Waterdamp kun je niet zien, maar het wordt snel zichtbaar wanneer het afkoelt en ergens tegenaan condenseert. Als je ooit vochtparels hebt gezien op de ruiten van een warme auto op een koude dag, dan heb je condensatie in actie gezien. Warme luchtdamp raakt de koude ruit en de damp verandert weer in een vloeistof. Wolken vormen zich op dezelfde manier. De atmosfeer zit vol met kleine stofdeeltjes, condensatiekernen genaamd, die afkomstig zijn van vulkaanuitbarstingen, stofstormen, branden en vervuiling. Wanneer waterdamp condenseert, klampt het zich vast aan deze microscopisch kleine stofdeeltjes. Als er genoeg afkoelende waterdamp in de lucht is, stapelen deze zich bij triljoenen op en vormen wolken. Als de temperatuur koud genoeg is, verandert het water in ijs rond de condensatiekernen. Voor een meer diepgaande kijk op wolken, lees Hoe Wolken Werken.
In een wereld zonder wind zouden deze waterdruppels meteen weer naar beneden zakken, maar de complexe winden in de bovenlucht van de aarde houden de wolken drijvend, verplaatsen ze over grote afstanden en veranderen daarbij hun vorm. Als er te veel water rond een deeltje condenseert of als de luchttemperatuur daalt, valt het water terug naar het oppervlak. Vloeibare deeltjes vallen in de vorm van regen, terwijl bevroren deeltjes in de vorm van sneeuw vallen. Als de regen bevriest tijdens het vallen, wordt het ijzel. In sommige gevallen stijgt de regen door een opwaartse kracht op naar hogere, kille hoogten; de deeltjes bevriezen en keren dan in de vorm van een hagelsteen terug naar de aarde.
Wolken zijn er in verschillende vormen en maten en komen op verschillende hoogten voor. Ze kunnen zich zelfs op de grond verzamelen in de vorm van mist. Dit gebeurt wanneer warme, vochtige lucht dicht bij de grond ofwel snel afkoelt ofwel oververzadigd raakt met waterdamp.