古希腊柏拉图臆测地下有一个大水库，是一切水的来源，大水库中的水来回摆动，形成河流，汇入大海，通过地下通道，海水又返回水库。亚里士多德认为，地下空穴中的空气冷却凝结成水，成为许多发源于高山的河流的水源。他曾提出，降水是河水的来源之一。古罗马建筑师维特鲁威吸收了前人关于水文循环概念的科学描述部分，提出一个包括雨水入渗形成地下水等比较完整的水文循环概念。中国古代《黄帝内经素问》（公元前400余年）一书中提出：“地气上为云，天气下为雨，雨出地气，云出天气”，比较科学地描述了成云致雨的水文现象。成书于公元前3世纪的《吕氏春秋·圜道》比较完整地记述了水文循环现象：“云气西行云云然，冬夏不辍；水泉东流，日夜不休。上不竭，下不满，小为大，重为轻。圜道也。”1674年，法国水文学家P.佩罗在《泉水之源》一书中，把观测的年降水量与塞纳河的估计流量做了比较，得出塞纳河年径流量是降水量的六分之一的结论。这个定量概念的提出被公认为现代科学水文学的开始。20世纪60年代以来，随着现代科学技术的发展，把水文循环视为一个动力连续系统在不断地探索和研究。

在一定的条件下，大气圈的水汽凝结成水滴，在地球引力的作用下以降水的形式降落到地球表层。降水中的一部分仍然通过蒸法散发，以水汽的形式重回大气圈；另一部分以径流的形式，在重力的作用下流入江河湖泊，包括渗入地下受重力控制的地下水，汇入海洋；还有一部分在分子力和毛管力的作用下，渗入地下称为土壤水，这部分水最终仍然通过蒸散发返回大气圈。水分在大气圈中，由海洋上空输送到陆地，又以径流的形式回到海洋，称为大循环或外循环。水汽在陆地内蒸散发、输送、再降落回陆地，或在海洋内蒸发、输送、再降落回海洋，称为小循环或内循环，前者常称内陆小循环（见图），后者常称海洋小循环。

水文循环示意图

水是地球上唯一能在常温下实现固态、液态和气态间相互转化的物质。水的这种特性是水文循环的内因。太阳辐射和地球重力是水文循环的外因。水文循环是水量和能量不断循环交换的过程。太阳向宇宙空间辐射大量热能，在到达地球的总热量中约有23%消耗于海洋和陆地表面的水分蒸发。水文循环的空间范围上达地面以上平均约11千米的对流层顶，下至地面以下平均约1千米深处。

水文循环中水量变化规律为：①总水量保持平衡。全球范围内长期水文循环中，从地球表层的蒸散发量与降落到地球表层的降水量相等，处于平衡状态。海洋上蒸发量大于降水量，但大陆的径流流入海洋，故海洋的水量不会持续缺少。大陆上降水量大于实际蒸发量，但部分降水形成径流汇入海洋，故大陆上的水也不会持续增多。②时空分布不均匀。低纬度湿润地区，降雨较多，雨季降水集中，气温较高，蒸发量大，水文循环强烈；高纬度地区冰雪覆盖期长，气温低，水文循环较弱；干旱地区降水稀少，蒸发能力大，但实际蒸发量小，水文循环微弱。水文循环这种不均匀现象造成了洪涝、干旱等多变的复杂水文情势。

据估算，地球上每年参加水文循环的总水量平均为577000立方千米（折合水深为1130毫米），而大气对流层中的水分总量约为12900立方千米（折合水深25毫米）。这些水分通过蒸散发和降水每年平均更换约45次，即更新期约8天。河川径流的更新期约16天，土壤水约1年，沼泽水更新约为5年，湖泊水更新期约为17年，深部地下水为1400年，大洋为2500年，高山冰川为1600年，极地冰川为近10000年。

中国的水文循环路径为：中国上空的水汽主要来自印度洋的孟加拉湾和南海地区，也有来源于西风环流带来的大西洋水汽。强盛的北风带来北冰洋的水汽，鄂霍次克海的水汽随东北风来到东北地区。上述水汽在一定条件下形成大量降水。径流主要通过黑龙江、辽河、海河、黄河、淮河、长江、珠江等水系，浙、闽、台水系及西南诸河系入海。中国的外流流域约占全国总面积的64%，即流入太平洋的约占57%，流入印度洋的约占6.5%，尚有小部分流入北冰洋，约占0.5%。

水文循环是自然界能量转化、物质运动的重要载体之一，它对自然环境的形成、演化，以及人类的生存和活动产生巨大的影响：①影响气候变化。水循环是联系地球各圈层的“纽带”，水作为介质起到“调节器”作用。它调节了地球各圈层之间的能量，是影响冷暖气候变化的重要因素。通过蒸散发进入大气的水汽，是产生云、雨和闪电等现象的重要物质基础。大气中的水汽凝结成雨（冰、雪），吸收或放出大量潜热。大气中的水汽含量直接影响气候的湿润或干燥，调节地面气候。②改变地表形态。降水形成的径流，冲刷和侵蚀地面，形成沟溪江河。水流搬运大量泥沙，可堆积成冲积平原。渗入地下的水，溶解岩层中的物质。易溶解的岩石受到水流强烈侵蚀和溶解作用，可形成岩溶地貌等。③生成再生资源。水文循环使得水资源成为再生资源，使人类获得永不枯竭的水源和能源。④完成物质输移。大气降水把天空中游离的氮素带到地面，滋养植物。陆地上的径流又把大量的有机质送入海洋，供养海洋生物。而海洋生物又是人类食物和制造肥料的重要来源。同时，污染物质也随着水文循环而迁移转化。例如矿物燃料燃烧产生并排入大气的二氧化硫和氮氧化物，进入水循环能形成酸雨；土壤和固体废物受降水的冲洗、淋溶等作用，其中的有害物质随水循环而迁移扩散；人类排放的工业废水和生活污水，随水文循环使地表水或地下水受到污染并不断扩散，最终使海洋受到污染等。⑤造成水旱灾害。水文循环所形成的径流时空不均匀分布，造成洪水和干旱，给人类和生物造成灾害。

人类活动不断改变着自然环境，越来越强烈地影响水循环的过程。如水库、闸坝和输引水等水利工程，改变了径流的时空过程；地下水开采，农业灌溉等改变了流域地表地下水分垂向分布和交换过程；森林砍伐、城市和交通建设，以及水土保持等土地利用变化改变了蒸发、径流、下渗等过程；城市和工矿区的大气污染和热岛效应也可改变本地区的降水与蒸散发状况，等等。水资源开发利用程度远远超出可承载能力时，将对流域水文循环造成巨大影响，甚至引起灾害性后果。