L'évaporation est le moteur initial du cycle de l'eau : le soleil réchauffe la surface des océans, lacs, rivières et sols humides, fournissant aux molécules d'eau l'énergie cinétique nécessaire pour passer de la phase liquide à la phase gazeuse. Contrairement à l'ébullition, l'évaporation se produit à toute température inférieure au point d'ébullition, tant que l'air environnant n'est pas saturé de vapeur.
Le taux d'évaporation dépend de plusieurs facteurs : le rayonnement solaire disponible, la température de l'eau et de l'air, l'humidité relative (plus l'humidité est faible, plus l'évaporation est forte), la vitesse du vent (qui renouvelle l'air au-dessus de la surface évaporante) et la surface exposée. On estime que les océans contribuent à environ 86 % de l'évaporation mondiale, soit quelque 425 000 km³ d'eau par an.
En météorologie, l'évaporation a un effet de refroidissement sur la surface — chaque gramme d'eau évaporée absorbe 2 260 joules d'énergie — et constitue la source primaire d'humidité atmosphérique qui formera ensuite nuages et précipitations. Dans les régions arides comme le sud-est de l'Espagne, l'évaporation peut largement dépasser les précipitations annuelles, générant un déficit hydrique chronique.