El ciclo del agua describe el movimiento continuo del agua a través del sistema climático en su estado líquido, sólido y de vapor, y el almacenamiento en los reservorios de los océanos, la criosfera, la superficie terrestre y la atmósfera. En la atmósfera, el agua aparece principalmente en forma de gas y de vapor de agua, pero también en forma de hielo y de agualíquida en las nubes. Los océanos son sobre todo agua en estado líquido, si bien están parcialmente cubiertos de hielo en las regiones polares. Las aguas terrestres en estado líquido aparecen como aguas superficiales (lagos, ríos), humedad del suelo y aguas subterráneas. Las aguas sólidas terrestres aparecen en los mantos de hielo, los glaciares, la nieve y el hielo en la superficie y en el permafrost. El movimiento del agua en el sistema climático es fundamental para la vida en la tierra, dado que la mayor parte del agua que cae sobre la tierra en forma de precipitación y proporciona la humedad del suelo y el flujo fluvial se ha evaporado de los océanos y ha sido transportada a la tierra por la atmósfera. El agua que cae en formade nieve en invierno puede proporcionar humedad del suelo en primavera y flujo fluvial en verano, y es fundamental tanto para el sistema natural como el humano. El movimiento del agua dulce entre la atmósfera y los océanos también puede afectar a la salinidad de los océanos, que constituye un factor determinante de su densidad y su circulación. El calor latente contenido en el vapor de agua de la atmósfera es fundamental para impulsar la circulación de la atmósfera a escalas que van de las tormentas individuales a la circulación global de la atmósfera.
Según el quinto informe de evaluación del IPCC ( Intergovernmental pannel on climate change), considerando que la presión de vapor de saturación del aire aumenta con la temperatura, es previsible que la cantidad de vapor de agua en el aire aumente con un clima más cálido. Las observaciones realizadas a partir de estaciones de superficie, radiosondas, sistemas de posicionamiento mundial y mediciones satelitales indican un aumento del vapor de agua troposférico a grandes escalas espaciales. Es muy probable que la humedad específica troposférica haya aumentado desde la década de 1970. La magnitud de los cambios globales observados en el vapor de agua troposférico de aproximadamente el 3,5% en los últimos 40 años es coherente con los cambios de temperatura observados de cerca de 0,5 ºC durante el mismo período, y la humedad relativa ha permanecido aproximadamente constante. Existe un nivel de confianza medio en que los cambios en el vapor de agua pueden atribuirse a la influencia humana. Los cambios en las precipitaciones son más difíciles de medir a partir de los registros de que se dispone, debido a la gran dificultad que supone tomar muestras de las precipitaciones y también porque se espera que las precipitaciones experimenten un cambio fraccional menor que el contenido de vapor de agua del aire a medida que se calienta el clima.
Se prevé que ocurran cambios en el ciclo del agua en un clima más cálido. Se prevé que la precipitación a escala global aumente gradualmente en el siglo XXI y que este aumento sea muy inferior (cerca del 2% K–1) a la tasa del menor incremento de vapor de agua en la troposfera (cerca del 7% K–1), debido a las limitaciones energéticas globales. Los cambios en la precipitación media en un mundo mucho más cálido no serán uniformes, ya que en algunas regiones se experimentarán aumentos y en otras disminuciones o no se experimentará ningún cambio. Es probable que las masas terrestres situadas a altas latitudes registren un mayor volumen de precipitación debido a la mayor capacidad de almacenamiento de agua en una troposfera más cálida. Es probable que en muchas regiones áridas y semiáridas de latitud media y subtropicales, el nivel de precipitación sea menor. Está previsto que los mayores cambios en la precipitación en el norte de Eurasia y América del Norte se produzcan en invierno.
