تتراوح نسبة بخار الماء الحجمية في الغلاف الجوي كافة ضمن المجال التقريبي %1-3، لكن من الممكن ان يحتوي الغلاف الجوي، تبعاً للاقتراب أو البعد عن المجمعات المائية، على كميات أقل من 0.1 في المناطق الصحراوية والجافة، أو نسبة تصل إلى 5% في المناطق الساحلية وتتناقص النسب بشكل واضح مع زيادة الارتفاع. يمتص بخار الماء الأشعة تحت الحمراء IR أكثر من غاز ثاني أوكسيد الكربون مما يؤثر على توازن الحرارة الأرضي. حيث يصنف بخار الماء ضمن العناصر المشاركة بالدفيئة الجوية ، حيث تعكس الغيوم الأشعة الواردة من الشمس مما يسبب تأثير مخفض لدرجة حرارة الأرض، ومن جهة أخرى، يلعب بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي دور غطاء يحيط بالكرة الأرضية ويمتص الأشعة تحت الحمراء المنعكسة عن سطح الأرض، مما يؤدي إلى حفظ درجة الحرارة. بذلك تلعب تغيرات الأطوار المائية بين البخار والسائل والصلب دوراً هاماً في عمليات نقل الطاقة ضمن الغلاف الجوي.

يلعب بخار الماء المتكاثف على شكل قطيرات في الغلاف الجوي دوراً مساعداً كوسط محل لبعض المواد مما يظهر تأثيرها الملوث. فمثلاً، يؤدي انحلال بعض الشوارد الحمضية إلى تشكل الأمطار الحامضية، وبالتالي تآكل سطوح المعادن، بالإضافة إلى تأثيرات الضباب الملوث على النبات والصحة العامة و والرؤية.

تلعب الطبقة العليا من التروبوسفير حيث درجات الحرارة المنخفضة دور حاجز يمنع تسرب الماء إلى طبقة الستراتوسفير، إلا بكميات قليلة جداً، أما المصدر الرئيسي للماء في الستراتوسفير فهو الأكسدة الضوئية للميتان التي تتم عبر عدة مراحل، وفق التفاعل الإجمالي التالي:

يلعب الماء المتشكل في الستراتوسفير دوراً هاماً لتشكيل الجذور الحرة الهيدروكسيلية ضمن هذه الطبقة