L'acqua bolle quando l'energia termica nell'acqua, che è un tipo di energia cinetica che fa muovere le molecole d'acqua, supera la forza dei legami idrogeno tra le molecole, inducendole a separarsi dall'altra molecole. Questa rottura dei legami tra le molecole d'acqua consuma qualsiasi ulteriore energia termica aggiunta, in modo che l'acqua alla temperatura di ebollizione non aumenti di temperatura fino al completamento del cambio di fase. In condizioni normali, gran parte del vapore acqueo si trasforma quasi immediatamente in vapore, che in realtà è composto da goccioline di acqua liquida perché ha lasciato la fonte di calore.
Il calore non è l'unico fattore che influenza l'ebollizione. L'acqua è tenuta allo stato liquido non solo dai legami idrogeno tra le molecole, ma anche dalla pressione atmosferica. Se la pressione sull'acqua diminuisce, l'evaporazione aumenta perché questo diminuisce le forze che tengono in posizione le molecole. Se la pressione è abbastanza bassa, l'acqua bollirà a temperatura ambiente.
L'ebollizione è la forma più estrema di evaporazione, ma l'evaporazione dell'acqua è costante, poiché le singole molecole si staccano dal liquido attraverso movimenti casuali. Infatti, le molecole d'acqua sfuggono casualmente allo stato gassoso anche dal ghiaccio, e questo processo è noto come sublimazione.
