В результате процессов испарения, транспирации и сублимации значительная часть воды, выпадающей на земную поверхность, возвращается в атмосферу в виде пара. Указанные процессы — разновидности одного явления, происходящего благодаря энергии солнца, без которой был бы невозможен круговорот воды в природе. Испарение, или парообразование, заключается в отрыве молекул воды с поверхности воды или влажной почвы под действием солнечной радиации и переходе их в газообразное состояние. Сублимация отличается от этого явления лишь тем, что вода из твердого состояния (снег и лед) превращается непосредственно в пар, минуя жидкую фазу. Транспирация — процесс, в ходе которого растения теряют воду в атмосферу. Во многих районах общее количество испарившейся воды нельзя измерить отдельно от транспирации, поэтому испарение и транспирацию рассматривают вместе как эвапотранспирацию, или суммарное испарение. Некоторое количество водяного пара испаряют в атмосферу животные с выдыхаемым воздухом, но оно незначительно по сравнению с общим объемом суммарного испарения.
Количество солнечной энергии, получаемой поверхностью земли, составляет в среднем более 700 кал/см2·сутки в жарких, пустынных районах и менее 100 кал/см2·сутки в облачных полярных районах. Доля этой энергии, идущая на испарение и транспирацию, зависит от типа подстилающей поверхности. Свежевыпавший снег отражает около 90% солнечной радиации, лежалый снег — около 50%, а свободная водная поверхность — только 5—15%. Поверхность светлоокрашенных горных пород отражает 40—50% солнечной энергии, а темный плотный растительный покров — лишь 10—25%.
Для испарения одного кубического сантиметра воды требуется 597 калорий. Следовательно, если бы вся солнечная энергия, поступающая на земную поверхность, расходовалась на испарение воды, максимальный размер годового слоя испарения с водной поверхности равнялся бы почти 400 см, а максимальный годовой расход воды на транспирацию плотного растительного покрова составил бы 350—400 см. В действительности указанные величины значительно ниже вследствие потерь энергии в результате длинноволнового немного излучения и прямого поступления солнечной энергии на земную поверхность, минуя испарение. Проведено лишь немного наблюдений, показывающих величины испарения, равные в среднем более 320 см в год, и среднегодовые величины транспирации — более 220 см.
В пределах ограниченного района существует приблизительное соотношение между получаемой солнечной энергией и потенциальным суммарным испарением, однако такие факторы, как местная турбулентность атмосферы и содержание водяного пара в воздухе, затрудняют установление точного соотношения.
Если поверхность грунтовых вод залегает в нескольких футах от земной поверхности, грунтовые воды испаряются в атмосферу. Если почва полностью насыщена водой, скорость испарения с ее поверхности может приблизиться к интенсивности испарения с открытой водной поверхности.
Обычно расход подземных вод на транспирацию значительно превышает их потери за счет прямого почвенного испарения. Хотя физическое испарение превышает сосущую силу растений примерно в 60 раз, подземные воды расходуются на испарение через трещины и капилляры лишь в пределах верхних трех футов песчаных и верхних десяти футов глинистых почв.
Корни же растений обычно достигают глубины более 30 футов. На земляных работах при строительстве Суэцкого канала было отмечено проникновение корней на глубину даже 90 футов.
