地球的总储水量约为13.86亿立方千米，其中大部分（96.5%）储存在海洋中，冰川和冰冠占据2.4%，地下水占据1%。土壤中的水虽然只占总储水量的万分之一，却供给着植物和其他陆生生物的生长和繁殖等各种生理活动，是地球生命维持系统的基本组成部分。

水循环是地球系统中规模最大的物质运动，但全球每年的水循环量却不到地球总储量的万分之四。地球系统中存在各种不同形式的水蓄库，它们的交换周期不一致（见表），通常大气水的循环周期最短（即更新最快），冰川水的循环周期最长。

降水、蒸发和径流是水循环过程的三个最主要环节，这三个环节构成的水循环途径决定着全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。全球循环水中，约有1/5成为陆地降水，这其中约2/3又从陆地蒸发。广义上的蒸发，又称蒸散发、蒸散或蒸发蒸腾，包括水分通过地表的蒸发和通过植物气孔的蒸腾进入大气中。径流是一个地区（流域）的降水量与蒸发量的差值，为陆地生态系统水循环中的重要现象。

太阳辐射和重力作用为水循环提供了水的物理形态变化（相变）和机械运动的基本能量；水在自然界中通过多种路线实现其相变和循环。按照循环路线可分为海陆间循环和陆地或海上内循环。前者是指，从海洋蒸发的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流，最终回归海洋；而后者仅在局部地区（陆地或海洋）进行。实际上，在全球和区域范围，这两类水循环交织进行。

水是生命的主要组成部分，是物质和热交换过程中的恒温器，生态系统过程是建立在生物和环境之间不断交换水的基础上的。雨、雪是水进入陆地生态系统的主要方式，以蒸腾、蒸发以及地表和地下径流的方式离开陆地生态系统。

水在陆地生态系统内部循环的驱动力来自系统内不同组分间的水势梯度，即从水势高的地方向水势低的地方扩散。例如，在密闭植被中，大气降水经由植物冠层到土壤的运动，由重力形成的水势差驱动；而土壤溶液中的水由蒸腾作用形成的水势差驱动，依次穿过植物根系、植物体内导管系统和叶片气孔，回到大气中。植物的蒸腾速率取决于土壤含水量、太阳净辐射能、空气饱和蒸汽压亏缺、植物气孔导度等参数。当降水量超过生态系统中土壤和植物体的蓄水量和蒸散量时，多余水分则通过径流从生态系统排出。

水是一种优良的溶剂和物质载体，水循环在地球系统物质循环中起着至关重要的作用。水循环通过影响全部的生物过程，以及发生在生态系统内部和生态系统之间的淋溶、搬运、沉积等地球化学过程，来调控营养元素的生物地球化学循环。

在陆地生态系统中，土壤中的氮、磷、钾等矿质元素通过植物的蒸腾作用随着水溶液进入植物内部，经生物化学过程被植物同化，从而进入生态系统中；碳通过绿色植物的光合作用进入生态系统，而光合过程同样需要水分的参与。

水分（湿度）是土壤有机质被微生物降解为无机物和二氧化碳过程必不可少的环境条件。因此，水分及其循环对陆地生态系统的养分循环（特别是土壤中移动性较差的元素的循环，如磷的循环）具有重要的意义。

通过土壤-植物-大气间的水分传输、能量转换和矿质元素的循环过程，水循环和碳、氮、磷等元素循环紧密地耦联在一起，共同制约着生态系统各组成部分间的水-碳-矿质元素的交换通量及其平衡关系，从而决定着生态系统的结构和功能。

截至2022年底，全球人口已达80亿，每天从河湖等蓄水库中大量取水以满足日常生活和工农业生产的需要，并排放出被污染的废水，从而对自然界的水循环产生了前所未有的巨大影响。人类活动还排放大量温室气体，导致全球气候变暖以及更频繁的极端干旱和洪涝灾害，也显著地改变了全球水资源的空间分布，加快了水循环的速度。自20世纪70年代以来，中国长江中下游和东南地区降水明显增多，华北、东北南部等地降水则出现下降趋势。在陆地生态系统中，人类活动主要通过改变土地覆盖和用途来改变蒸散量和土壤水贮存量，从而改变生态系统的水循环过程。