在一定温度和压力条件下，水的存在状态可以发生改变，称为相变。日常生活中，人们将0℃称为水的冰点，低于此温度，水将由液态变成固态，称为凝固；高于这一温度，水将由固态变成液态，称为溶化。同样，将100℃称为水的沸点，低于该温度，水将由气态变成液态，称为凝结；高于该温度，水将由液态变成气态，称为汽化。但是，需要注意的是，以上现象仅在地表附近1个标准大气压下才能成立。如果大气压力发生变化，水的冰点和沸点都将随之改变。

在一定温度时，空气中的水汽容纳量是有限度的。当空气中水汽量达到此限度时，叫作“饱和状态”，超过此限度叫作“过饱和状态”。

水汽过饱和时，如果温度高于0℃，多余的水汽会被析出凝结成水滴；如果温度低于0℃，多余的水汽会直接凝华为冰晶。饱和状态下空气中所能容纳的最大水汽量与温度高低有很大关系，在同样体积的空气里，温度高时所能容纳的水汽量要比温度低时大。

在一般情况下，大气中水汽的过饱和以及水滴和冰晶的形成多是由空气冷却引起的。因此，空气变冷是大气中发生凝结和凝华过程的主要条件。但仅仅具备这个条件是不够的，要形成水滴和冰晶，还需要有凝结核。因为空气中如果无任何杂质，即使已达到过饱和状态，水汽分子也无从依附。水汽分子偶尔相互合并成微小的水滴，而这些水滴会因其很微小而迅速蒸发掉。而凝结核在大气中到处都存在，如盐粒、烟粒、尘埃等。因此，当大气中的水汽达到过饱和时，多余的水汽就以这些微粒为核心凝结（或凝华）成小水滴（或小冰晶），并逐渐增大。大气中的水滴和冰晶就是这样形成的。