対流圏内で最も多様なガスは水蒸気です。対流圏の水蒸気の量は、場所ごとに、そして時間の経過とともに大きく異なります。地球の表面近くの数パーセントから、一部の地域の飽和に近い範囲に及ぶことがあります。この変動性は、水蒸気が地球の表面から大気に絶えず蒸発しており、雲と降水の形で液体水に戻るという事実によるものです。空気中の水蒸気の量は、地球の気候だけでなく、天候にも大きな影響を与える可能性があります。たとえば、大気中の高レベルの水蒸気は、雲の覆いと降水量の増加につながる可能性がありますが、低レベルの水蒸気は干ばつ状態につながる可能性があります。