La evaporación es el paso del agua del estado líquido al estado gaseoso, es decir, lo opuesto de la condensación. El agua líquida puede evaporar siempre que esté en contacto con la atmósfera. En las regiones áridas, pueden evaporar hasta 2000 mm al año de una superficie de agua.

Existen varias maneras de medir la evaporación, todas las cuales sufren algún tipo de limitación. Uno de los métodos más sencillos es el uso del evaporímetro o tanque de evaporación. El descenso del nivel del agua a lo largo del día indica la evaporación que ocurre en una superficie de agua.

La paradoja de la evaporación es producto del conflicto entre los resultados esperados y las observaciones reales. Los estudios indican que en los últimos 50 años la temperatura media de la superficie de la Tierra ha aumentado alrededor de 0,15 °C cada década. Sin embargo, durante el mismo período entre 1950 y 1990, los datos registrados en Estados Unidos y la antigua Unión Soviética muestran una reducción en los valores de evaporación. Si el aire cerca de la superficie terrestre es más cálido y seco, la tasa de evaporación debería haber aumentado, pero esto no ha sucedido. Este resultado inesperado es la paradoja de la evaporación.
Se están llevando a cabo estudios adicionales diseñados para examinar los rangos de temperatura diurna y la insolación para ver cómo estos factores afectan a la evaporación en un régimen climático generalmente más cálido.

La evaporación se puede medir con un aparato llamado lisímetro. Estos aparatos se colocan en el suelo para recolectar el agua que contiene y medir el cambio de masa provocado por la pérdida del agua en un volumen de tierra dado. La masa del agua en el suelo cambia a medida que el agua evapora.
Existen varios tipos de lisímetros, como los de pesada, los de drenaje sin succión y los de drenaje con succión. Los lisímetros de pesada mide los cambios de peso que se producen en determinado volumen de tierra. Los lisímetros de drenaje sin succión recolectan el agua del suelo que se filtra naturalmente hacia abajo por los suelos, es decir, el agua que se mueve por efecto de la gravedad. Los de drenaje con succión extraen el agua del suelo despacio a través de un material poroso.
El diseño de los lisímetros de drenaje sin succión permite capturar el agua del suelo que de otra forma pasaría a ser agua subterránea o llegaría a los horizontes inferiores del suelo. En contraste, los lisímetros de drenaje con succión han sido diseñados para capturar el agua del suelo que absorberían las raíces de las plantas.

Finalmente, la evaporación se puede estimar a partir de mediciones meteorológicas. La evaporación se ve afectada por varias características físicas, como la temperatura del aire, la temperatura del agua, el movimiento del aire sobre la superficie del agua y el déficit de presión de vapor.
El déficit de presión de vapor es una indicación de la «aridez» del aire o de la cantidad de vapor de agua que se requiere para llevar el aire hasta el punto de saturación. Tiende a producirse un déficit de presión de vapor alto cuando la humedad relativa es baja. El resultado es un mayor potencial de evaporación, porque la presión del vapor que empuja hacia arriba desde las superficies húmedas excede la presión hacia abajo desde la atmósfera. A la inversa, se produce un déficit de presión de vapor bajo cuando la humedad relativa es alta. Esto provoca un potencial de evaporación menor, porque la presión de vapor que empuja hacia abajo desde la atmósfera es casi igual a la presión hacia arriba desde las superficies húmedas.