水平衡方程描述了一個地區或流域在一段時間內的水分收支平衡。對於一個外流河流域，水平衡方程可以表示為：
P - E - R = ΔS
P 代表流域的降水量
E 代表流域的蒸發量
R 代表流域的徑流量
ΔS 代表流域儲水變數的變化
在多年平均的基礎上，流域儲水變數的變化（ΔS）趨於零，因此流域的多年水平衡方程可以簡化為：
P0 = E0 + R0
P0 代表多年的平均降水量
E0 代表多年的平均蒸發量
R0 代表多年的平均徑流量
對於海洋，由於其蒸發量大於降水量，多年平均的降水量平衡方程可以寫為：
P0 = E0 - R0
全球多年平均水平衡公式則為：
P0 = E0
根據估算，全球平均狀況下，每年有約505,000立方千米的水從海洋蒸發到空中，而總降水量約為458,000立方千米。總降水量比總蒸發量少47,000立方千米，這與陸地注入海洋的總徑流量相等。