Гидросфера и ее составляющие части, круговорот воды, а также динамические явления прошли длинный путь эволюции. Они неоднократно менялись по массе, соотношению жидкой и твердой частей вовлекаемых в кругооборот и движение массам воды, скоростям и расстояниям переноса этих масс, по заключенным в них энергии, растворенным газам, твердым веществам и органике, взвесям. Эти изменения записаны в геологической летописи - слоях пород, сформировавшихся и формирующихся сейчас в водоемах, - которая пока еще не полностью расшифрована.

Вода столь широко распространена не только на Земле. Ее достаточно много в окружающем нас космическом пространстве. Так, полюса Марса покрыты ледяными шапками; спутники Юпитера, Сатурна и некоторых других планет - полностью льдом; ядра комет состоят изо льда (что экспериментально подтверждено при исследовании кометы Галлея); атмосфера Венеры имеет значительное количество паров воды и т. д.

Однако на поверхностях иных планет вода существует только в твердом или парообразном состоянии, а на Земле она преимущественно жидкая.

По данным о скорости радиоактивного распада атомов различных элементов Земля образовалась из холодного газопылевого облака 4,6 млрд. лет назад. Возраст самых древних пород, найденных в наши дни, достигает 3,8 млрд. лет, причем они сохранили отпечатки стенок клеток самых древних одноклеточных организмов.

Математические расчеты общего разнообразия генетического кода позволили немецким биохимикам установить его возраст, составивший 3,8 ± 0,6 млрд. лет, следовательно, упомянутые породы отлагались в водоемах, где к тому времени уже должна была существовать жизнь, причем такая, которая успела активно включиться в биогеохимические процессы. Поэтому гидросфера с жидкой водой должна была появиться еще раньше, не позднее 4 млрд. лет назад.

В настоящее время нет достоверных данных о составе первичной атмосферы и растворенных веществах в первичной гидросфере на начальном этапе их образования. Считают, что с определенного момента атмосфера и гидросфера стали быстро пополняться газами, выделявшимися при вулканических извержениях и излияниях лав, а также при дегазации в рифтовых долинах. Возникшая атмосфера была почти полностью лишена кислорода и потому имела восстановительный характер. Выбрасываемый вулканами и выделявшийся при дегазации диоксид углерода вместе с водяным паром обеспечили парниковые условия, что отразилось на ходе эволюции Земли.

Пополнение гидросферы нашей планеты водой вследствие непрерывной дегазации вещества мантии шло постоянно, но с разной интенсивностью. В период «белого пятна времени» шел медленный рост за счет ювенальных вод, а затем в течение примерно 1 млрд. лет гидросфера росла достаточно быстро. В последние 2,5-2 млрд. лет она стабилизировалась.

В это время срединно-океанические хребты и часть воды была затрачена на серпентинизацию нижнего слоя океанической коры, в результате чего вода, пополнявшая гидросферу (вместе с углекислым газом), оказалась химически связанной.

После преобразований океанической коры вновь начался рост массы океана, но примерно 1 млрд. лет назад она приблизилась к современной, и темпы роста ее сильно замедлились. Процесс изменения массы гидросферы за счет дегазации тесно связан с эволюцией недр Земли и определяется скоростью роста плотного ядра планеты за счет сепарации в нем соединений железа.

Далеко не вся поступающая из недр Земли вода остается в составе гидросферы. Одна часть воды затрачивается на серпентинизацию вновь образующихся порций океанической коры, а другая вместе с осадочными толщами, накопившимися на ложе океана, погружается снова в недра Земли в зонах субдукции.

В процессе переплавки океанической коры после ее погружения в недра Земли вода играет важную роль, так как водонасыщенные силикатные слои плавятся при температурах около 700°С, тогда как сухие при более 1000°С.

На протяжении всей истории нашей планеты шло перемещение морских вод из исчезавших океанов во вновь возникавшие. В современных океанах движущаяся подобно конвейеру океаническая кора в целом моложе самих океанов. Максимальный возраст ложа океанов 150 млн. лет, а обычно оно значительно моложе. В наши дни общий баланс прихода и расхода воды на Земле за счет геологического круговорота остается положительным и масса гидросферы непрерывно возрастает.