大气中水汽含量很少，但变动很大，浓度在0～4％之间变化。在地球大气的实际温度和压力条件下，水汽能从气态到液态和固态相互变化，其他气体成分只处于气态，都离液化程度很远，所以水汽是在自然条件下，能够进行从气态到液态和固态三态变换的惟一成分。大气中水汽主要集中在低层，水汽含量随高度增加而减少。在1.5～2.0公里的高空，水汽含量已只有地面的1／2；到5.0公里的高空，已只有地面的1／10；再向上水汽就更少了。不过，水汽随高度减少的情况，在不同地区不同季节并不完全一样。大气中的水汽含量也随纬度、海陆分布和地形起伏而不同。在低纬度地区，水汽含量较高；在高纬度地区，水汽含量减少。在寒冷而干燥的陆地表面，水汽含量接近于零；而在温度很高的势带海洋面上，空气中水汽含量可达4％。在向风坡水汽含量很高；在背风坡则很干燥。
水汽循环在天气气候形成过程中是一个十分重要的角色，也是地球大气中的一个显著特点。这其中有4种主要作用是不可忽视的。
第一种作用，是水汽在一定温度和气压条件下凝结成水滴，或直接形成冰晶，或由水滴冻结成冰粒，从而导致云、雾、雨、雪、冰雹、霜、露等等一系列大气现象，成为天气变化的主要角色。
第二种作用，不同形式的降水落到地面以后，又可蒸发成水汽，在蒸发过程中要吸收大气中的热量，而在凝结过程中又释放热量给大气。在蒸发和凝结过程中，伴随着地面和大气、低层和高层的热量交换过程。因为水汽在大气中存在水平输送，所以通过水汽也伴随着热量的水平输送，即从低纬度到高纬度、从海洋到陆地之间的热量交换。可见，水汽也是地球大气热量转换中的重要角色。
第三种作用，水汽能强烈地吸收红外长波辐射，并向地面放射长波辐射。因而水汽也是一种温室气体，对地球也有温室效应，虽然作用没有二氧化碳那么大，但也不能忽视。
第四种作用，水汽在其循环过程中，由于吸湿性固体粒子(如盐分、烟尘、孢子、花粉和细菌等)作为凝结核参加云滴的形成，云滴变成雨滴或雪粒降落到地面，也就导致对这些固体物质的冲洗。另外，雨、雪在降落过程中，也可能直接俘获固体粒子，达到冲洗效果。通过冲洗作用，大气就可以变得纯净而清新。