Wasser gibt es scheinbar unbegrenzt. Der Wasservorrat der Erde umfasst etwa 1.340 Mio. km³. Der allergrößte Teil allerdings liegt in den Meeren und Ozeanen als Salzlösung vor. Die Süßwassermengen fallen dagegen kaum ins Gewicht, obwohl sie für Lebewesen existentiell sind: Die Gletscher enthalten 28 Mio. km³, Grundwasser 8 Mio., Seen und Flüsse 0,2 Mio. und die Atmosphäre nur 0,0015 Mio. (bzw. 1.500) km³ Süßwasser. Davon gelangen pro Jahr nur etwa 37.000 km³ als Niederschläge auf das Land.

Das Wasser durchläuft einen relativ einfachen globalen Kreislauf, bei dem es sich um eine riesige, von der Sonne angetriebene Destillationsanlage handelt. Im Jahr werden etwa 425.000 km³ Wasser in die Atmosphäre gegeben. Die hierzu erforderliche Energiemenge beträgt rund 10²¹ kJ, die dort gespeichert wird. Der atmosphärische Wasserdampf ist somit die wichtigste Empfangsantenne für den Infrarot-Anteil der Sonnenstrahlung.

Bei der Meerwasserverdunstung entstehen Wolken aus reinem Wasser, die über die Kontinente ziehen. In Form von Regen oder Schnee bringen sie uns das notwendige Süßwasser. Dieses reichert sich beim Ablaufen von der Erde wieder mit Salzen an, die es über die Flüsse wieder ins Meer spült.
Dazwischen durchläuft Wasser die unterschiedlichsten Sphären und kleinere Kreisläufe. Im Boden bildet es Grundwasser. Über die Pflanzenwurzeln oder als Trinkwasser gelangt es in lebende Organismen. Der Mensch benötigt pro Tag relativ wenig Wasser, nämlich zwei Liter. Eine wesentlich größere Menge (in Deutschland zurzeit etwa 130 l/Tag) nutzt er im Haushalt als Brauchwasser, vor allem zum Waschen und Saubermachen. Dieses Wasser gelangt normalerweise in die Kläranlagen und wird danach wieder an Oberflächen- und Grundwasser abgegeben oder direkt als Trinkwasser genutzt.

Wasser kann im Grundwasser über viele Jahrtausende gespeichert werden. Ein weiterer Langzeitspeicher ist das Gletscher-Eis der Gebirge und der Polkappen. Anders als beim Grundwasser handelt es sich hierbei um Reinstwasser. Auch das aus den Meeren sich bildende Eis ist Reinstwasser, da Eis keine Mischkristalle mit Salzen bildet.

In der Atmosphäre liegt das Wasser je nach Temperatur und Sättigungsgrad in unterschiedlichen Mengen vor. Mit Wasserdampf gesättigte Luft enthält bei 20 °C etwa 17,3 g/m³, entsprechend 1,34 Masse%. In unseren Breitengraden liegt die Konzentration bei weniger als 0,1 bis 1,5 Masse%. Wasserdampf dient nicht nur dem Transport vom Meer auf das Land, sondern hat auch noch eine wichtige Funktion im Energiehaushalt der Erde. Wasserdampf kann nämlich große Mengen an Wärme speichern; durch diesen "natürlichen Treibhauseffekt" schirmt der Wasserdampf die Erdoberfläche gegen Abstrahlung von Wärme in den Weltraum und somit vor Abkühlung ab. Gäbe es keinen Wasserdampf in der Atmosphäre, so betrüge die Oberflächentemperatur nur etwa -15 °C.

Die ungeheuren Wassermassen, die durch die Sonnenenergie in die Atmosphäre gehoben werden, regnen wieder herunter und geben dabei diese Energie als Wärme ab. Wenn man jedoch das Wasser auffängt, bevor alles zurück ins Meer fließt, kann man einen Teil der Energie speichern und in nutzbare Energieformen umwandeln. Dazu baut man große Talsperren, die beim kontrollierten Ausfließen Turbinen antreiben und deren mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.

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