Wassermoleküle sind über ihre Wasserstoffbrückenbindungen in einem Verband organisiert. Dieser Verband ist nicht statisch und unterliegt einer ständigen Veränderung. Dabei tauschen Moleküle ihre Plätze aus und gehen ständig neue Brückenbindungen ein. Es existiert also eine ungerichtete Molekülbewegung, die mit der Erhöhung der Temperatur zunimmt. Man spricht von einem Gleichgewicht, in dem Wassermoleküle ständig ihre Plätze tauschen. Die Moleküle, die sich schnell genug bewegen, um die Anziehungskräfte der anderen Wassermoleküle zu überwinden, können die Flüssigkeit verlassen und in die Gasphase übergehen. Mit steigender Temperatur wird die Teilchenbewegung schneller und immer mehr Wassermoleküle gelangen in die Gasphase. Bei 100°C liegt Wasser als Wasserdampf (gasförmig) vor. Diese Umwandlung von einer Flüssigkeit in ein Gas nennt man Verdunstung oder Verdampfung. Etwas Verdunstung findet bei jeder Temperatur statt. Beobachten kann man das, wenn man ein Glas mit Wasser für ein paar Tage offen stehen lässt.

Erhitzt man eine Flüssigkeit, erhöht sich die durchschnittliche Bewegungsenergie der Teilchen, die zu einer schnelleren Verdampfung führt. Wenn ein Stoff verdampft, kühlt sich die Oberfläche der zurückbleibenden Flüssigkeit ab. Diese Verdunstungskälte entsteht dadurch, dass die "schnellsten" Moleküle, also die mit der größten Bewegungsenergie, den Molekülverband in Form von Wasserdampf verlassen. Diese Moleküle nehmen ihre Energie mit und entziehen sie damit dem System. Das zurückbleibende flüssige Wasser besitzt dann weniger Energie als zuvor.

Die Verdunstungskälte stellt einen Mechanismus dar, um Landlebewesen vor Überhitzung zu schützen. Pflanzen können bei starker Sonneneinstrahlung ihre Temperatur durch die Verdunstung von Wasser auf den Blättern regulieren und sich damit vor Überhitzung schützen. Diese Abkühlung um mehrere Grad verhindert, dass sich das Blatt auf eine Temperatur erhitzt, die lebenswichtige Enzyme hemmt oder sogar ganz zerstört.