기체상태의 물을 수증기라고 부른다. 수증기는 액체 상태의 물이 증발, 기화하거나, 고체 상태인 얼음이 승화하는 것을 통해 만들어진다. 다른 상태의 물과 달리 수증기는 눈에 보이지 않는다.
물의 상태는 압력과 온도에 따라 변한다. [그림 1]은 기압과 온도에 따른 물의 상태를 나타낸 그래프이다. 순수한 물은 대기압이 1기압(1atm)일 때 온도가 100℃이상이 되면 수증기로 변한다. 1기압보다 낮을 때는 100℃보다 낮은 온도에서 수증기로 변한다. 기압이 낮은 산에서 물이 낮을 온도에서 끊는 것은 이 때문이다. 또한 압력이 1기압보다 높으면 온도가 100℃이상이 되어야 수증기로 변한다.
수증기는 환경적으로 매우 중요한 대기의 구성 성분이다. 대기의 수증기는 조건에 따라 0.01%에서 4.24%까지 다양하다. 대기에 존재하는 수증기의 대부분이 대류권에 함유되어 있다. 이렇게 대기 중에 포함된 수증기가 물 또는 얼음으로의 응결되어 구름, 비, 눈, 우박 등의 날씨로 나타난다.
액체상태의 물을 기체로 만드는 가장 빠른 방법을 열에너지를 공급하는 것이다. 물을 끊이면 물의 양이 줄어드는 것은 물이 수증기가 되어 공기 중으로 퍼지기 때문이다. 일부러 열을 가하지 않다고 물이 기체로 변하는 현상을 증발이라고 한다. 증발은 물 표면의 분자가 공기 중으로 이동을 하는 것인데 젖은 옷이 서서히 마르는 현상이나 무더운 날 바닥에 뿌린 물이 눈에 보이지 않게 되는 현상이 증발의 대표적인 예이다.
승화는 물 분자가 액체 상태의 물을 거치지 않고 직접 얼음 표면을 떠나 수증기가 되는 과정이다. 추운 날 쌓여있던 눈의 양이 서서히 줄어드는 것은 고체가 수증기로 바로 변하기 때문인데 이는 눈의 물 분자가 공기 중으로 빠져 나가기 때문이다.
물 표면에서 기화하거나 얼음에서 승화하여 공기로 유입되는 물 분자의 수와 공기 중에서 응결되는 물 분자의 수가 동일하여 평형을 이룬 상태를 포화되었다고 하며, 이때의 수증기압을 포화 수증기압이라고 한다. 포화 수증기압은 온도에 따라 결정된다.
표준 온도 및 압력(273.15K, 101,325kPa)에서 수증기의 압력은 0.6kPa이고 밀도는 4.85mg/L로 건조한 공기(밀도 1.27g/L) 보다 가볍다. 따라서 수증기는 공기 중에 떠있다. 건조한 지역에서 일정한 온도를 유지할 때 습한 공기는 부력을 받아 상승하게 된다. 온도가 올라감에 따라 포화 수증기압은 증가하므로 공기 중 수증기의 비율이 증가하고 부력이 증가한다. 이는 공기의 온도와 해수의 온도가 25℃ 이상에 도달할 때 강력한 대기 중 습기를 발생시킬 수 있다. 이 현상은 태풍의 주원인이