La condensation joue un rôle essentiel dans le cycle de l'eau et le bilan énergétique de l'atmosphère, en libérant de la chaleur latente qui alimente les ascendances, les dépressions, les cyclones et la convection. Chaque changement d'état de la vapeur vers le liquide ou la glace s'accompagne d'un dégagement de chaleur qui réchauffe l'air environnant, réduit sa densité et entretient les mouvements verticaux. La diversité des condensations observées, de la fine rosée au vaste système nuageux, témoigne de la multiplicité des conditions atmosphériques et de l'extrême variabilité des processus physiques qui gouvernent l'eau dans l'atmosphère.

Rosée.
La rosée est une condensation liquide qui se dépose sur les surfaces solides exposées au rayonnement nocturne, comme l'herbe, les feuilles, les toits, les véhicules ou les sols nus. Elle apparaît lorsque la température de ces surfaces descend sous le point de rosée de l'air ambiant, généralement par refroidissement radiatif intense en ciel clair et vent faible. La vapeur d'eau au contact direct de la surface froide se condense en fines gouttelettes. La rosée est favorisée par une humidité relative élevée, une nuit longue, une émission infrarouge efficace et une turbulence réduite. Elle constitue un apport d'eau non négligeable dans les zones semi-arides et les écosystèmes où les précipitations sont rares, participant à l'humidification des sols superficiels et à l'alimentation de certains organismes.

Gelée blanche.
La gelée blanche se forme dans des conditions analogues à celles de la rosée mais lorsque la température de la surface descend en dessous de 0 °C. La vapeur d'eau se transforme alors directement en cristaux de glace par sublimation inverse, sans passer par l'état liquide. Ces cristaux, souvent délicats, ramifiés, en aiguilles, en écailles ou en plumes, se déposent sur les végétaux, les fils, les clôtures et les aspérités du sol. La gelée blanche est typique des nuits claires, calmes et froides, en présence d'air humide près du sol. Elle diffère de la rosée blanche qui se forme d'abord en gouttelettes liquides puis gèle ensuite, donnant des perles de glace plus compactes.

Givre.
Le givre est une condensation solide qui se produit lorsque des gouttelettes d'eau surfondue contenues dans un brouillard ou un nuage bas entrent en contact avec des surfaces dont la température est inférieure à 0 °C. Contrairement à la gelée blanche qui résulte d'un dépôt direct de vapeur, le givre résulte de la congélation quasi instantanée de gouttelettes liquides déjà formées. On distingue le givre mou, blanc, opaque, poreux, constitué de cristaux fins et légers, qui se forme par vent modéré et températures très basses, et le givre dur, compact, translucide, adhérent, qui résulte de la congélation lente de gouttelettes plus grosses par vent fort et températures proches de zéro. Le givre peut s'accumuler de manière importante sur les structures exposées, les arbres, les câbles électriques, les pylônes et les aéronefs, et peut entraîner des surcharges mécaniques dangereuses.

Brouillard.
Le brouillard est une suspension dans l'air de très fines gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace réduisant la visibilité horizontale à moins d'un kilomètre au niveau du sol. Il s'agit d'un nuage dont la base touche la surface terrestre. 

• Le brouillard de rayonnement se forme la nuit par refroidissement du sol et de la couche d'air adjacente sous l'effet du rayonnement infrarouge, lorsque le ciel est dégagé, le vent faible et l'humidité suffisante. Il atteint son maximum peu avant le lever du Soleil et se dissipe par réchauffement diurne. 

• Le brouillard d'advection apparaît lorsqu'une masse d'air chaud et humide se déplace au-dessus d'une surface plus froide, continentale ou océanique, ce qui provoque le refroidissement de l'air jusqu'à saturation. Il est fréquent sur les côtes où des courants marins froids côtoient des masses d'air maritime plus chaudes, ainsi qu'en hiver lors de redoux sur sol enneigé. 

• Le brouillard de mélange résulte de la combinaison de deux masses d'air saturées ou proches de la saturation de températures différentes, dont le mélange aboutit à une humidité relative supérieure à cent pour cent, qui permet la condensation de l'excédent de vapeur. 

• Le brouillard d'évaporation (brouillard de vapeur) se forme lorsque de l'air froid stationne au-dessus d'une surface d'eau plus chaude, comme un lac, un cours d'eau ou la mer, provoquant une évaporation intense qui sature la couche froide et se condense aussitôt en volutes parfois appelées fumée de mer.

• Le brouillard orographique se développe sur les pentes exposées au vent lorsque l'air humide est soulevé par le relief, se refroidit par détente adiabatique et atteint la saturation, enveloppant les sommets et les versants.

• Le brouillard givrant est composé de gouttelettes d'eau surfondue qui gèlent au contact des objets, déposant du givre et rendant les surfaces glissantes. 

• Le brouillard glacé, en revanche, est constitué directement de cristaux de glace en suspension, se formant par temps très froid, souvent en régions polaires ou lors d'hivers rigoureux; il peut donner des phénomènes optiques comme les halos.

Nuages.
Les nuages constituent la forme la plus visible et la plus vaste de condensation atmosphérique. Ils se forment lorsque l'air humide est refroidi par détente adiabatique lors d'une ascendance, ou plus rarement par refroidissement radiatif ou par mélange, jusqu'à atteindre la saturation. La condensation s'effectue sur des noyaux de condensation nuageuse, particules microscopiques d'origine naturelle ou anthropique, autour desquelles les molécules d'eau s'agrègent. La classification internationale des nuages repose sur dix genres principaux.

• Les cirrus sont des nuages élevés, au-dessus de six kilomètres, composés de cristaux de glace, d'aspect fibreux, blancs et translucides; ils annoncent généralement l'approche d'un front chaud. 

• Les cirrocumulus forment des bancs élevés de petits éléments blancs disposés en rides ou en grains, sans ombre portée, parfois responsables d'un ciel pommelé.

• Les cirrostratus constituent un voile élevé, blanchâtre et transparent, souvent accompagné de phénomènes de halo autour du soleil ou de la lune. 

• Les altocumulus se présentent en bancs de moyenne altitude, entre deux et six kilomètres, composés de gouttelettes d'eau parfois surfondues, en flocons, rouleaux ou galets blancs ou gris, partiellement ombragés. 

• Les altostratus forment une nappe grisâtre ou bleuâtre, étendue, à travers laquelle le soleil apparaît comme à travers un verre dépoli, sans ombre au sol, et qui précède fréquemment les précipitations continues. 

• Les nimbostratus sont des nuages épais, sombres, de basse et moyenne altitude, producteurs de pluie ou de neige continue, associés aux fronts chauds et aux occlusions. 

• Les stratocumulus apparaissent en bancs ou en nappes de basse altitude, de couleur grise ou blanchâtre, formés de rouleaux, de dalles ou de galets soudés, donnant un ciel moutonné, parfois accompagnés de bruine légère. 

• Les stratus sont des nuages bas, gris et uniformes, dont la base peut toucher le sol, constituant alors le brouillard, et suceptibles de donner de la bruine ou de la neige fine. 

• Les cumulus sont des nuages séparés, denses, à contours nets, se développant verticalement en forme de chou-fleur, dont la base est généralement plane et sombre, formés par convection diurne et qui peuvent évoluer vers des cumulus congestus à fort développement. 

• Les cumulonimbus sont des nuages orageux de grande extension verticale, dont le sommet s'étale souvent en enclume de cristaux de glace, capables de produire averses, orages, grêle, rafales et tornades. 

Autres types de condensation.
Condensation d'altitude.
La condensation en altitude peut également se manifester par des traînées de condensation (contrails) laissées par les aéronefs. Ces nuages artificiels se forment lorsque les gaz d'échappement des réacteurs, chauds et humides, se mélangent à l'air froid et sec de la haute troposphère, et provoquent la saturation locale et la congélation de la vapeur d'eau en cristaux de glace. Selon l'humidité ambiante, ces traînées se dissipent rapidement ou persistent et s'étalent, pouvant évoluer en cirrus artificiels et modifier le bilan radiatif local. Les traînées de condensation se distinguent des traînées d'aérodynamique, plus rares, qui se forment par détente et refroidissement de l'air autour des surfaces portantes, des hélices ou des tourbillons marginaux lors de vols à forte incidence en air très humide.

Condensations sur les surfaces verticales ou inclinées.
Les condensations sur les surfaces verticales ou inclinées comprennent les dépôts de rosée sur les façades, les vitres, les murs froids et les objets exposés au rayonnement céleste. La condensation à l'intérieur des habitations, sur les fenêtres, les murs mal isolés ou les ponts thermiques, relève du même principe physique que la rosée, mais résulte de la rencontre entre l'air intérieur chaud et humide et une paroi dont la température est inférieure au point de rosée de cet air. Elle peut provoquer des moisissures, des dégradations des matériaux et des problèmes sanitaires. En météorologie appliquée, ce phénomène est pris en compte dans l'étude du confort thermique, des brouillards urbains et des îlots de chaleur.

Nuages de pente et mers de nuages.
Les nuages de pente et les mers de nuages sont des condensations orographiques spectaculaires. Lorsque l'air humide et stable est soulevé au-dessus d'une barrière montagneuse, il se condense en une nappe nuageuse qui enveloppe le relief et déborde parfois sur les vallées sous le vent. La mer de nuages se forme lorsque la couche nuageuse reste confinée sous une inversion thermique, remplissant les vallées et les bassins, tandis que les sommets émergent au-dessus, baignés de soleil. Ce phénomène est fréquent en automne et en hiver dans les régions de relief, lorsque les nuits claires refroidissent les basses couches et qu'une couche d'air plus chaud en altitude bloque l'ascendance de l'humidité.

Condensation dans les tourbillons.
La condensation dans les tourbillons et les phénomènes violents produit des manifestations spectaculaires comme le nuage-mur sous un orage supercellulaire, abaissement localisé de la base du cumulonimbus lié à la rotation du mésocyclone, ou la tuba, entonnoir nuageux visible sous la base d'un nuage convectif, qui devient une tornade lorsqu'il touche le sol. Le nuage de condensation de la tornade est alimenté par la chute de pression au cœur du tourbillon, provoquant la détente, le refroidissement et la saturation rapides de l'air aspiré. Les trombes marines et les tourbillons de poussière, bien que différents par leur nature, partagent ce principe de condensation lié à la chute locale de pression.

Condensation de surface.
La condensation de surface sur les océans et les grandes étendues d'eau, sous forme de brouillard d'advection ou de brouillard d'évaporation, affecte considérablement la navigation, la sécurité aérienne côtière et les écosystèmes littoraux. Les bancs de brouillard marins peuvent s'étendre sur des centaines de kilomètres et persister plusieurs jours lorsque l'inversion thermique et le flux d'air humide restent stables. Leur dissipation dépend de l'évolution du vent, du réchauffement de la surface marine ou de l'arrivée d'une masse d'air plus sèche.

Condensations dans les nuages froids.
Les condensations dans les nuages froids font intervenir des processus microphysiques particuliers. Aux températures inférieures à zéro degré, les gouttelettes peuvent rester liquides en état de surfusion tant qu'elles ne rencontrent pas de noyau glaçogène. La présence simultanée de gouttelettes surfondues et de cristaux de glace dans un même nuage, entre environ -10 et -40 °C, déclenche l'effet Bergeron, par lequel la pression de vapeur saturante sur la glace est inférieure à celle sur l'eau liquide, provoquant la croissance des cristaux aux dépens des gouttelettes. Ce processus est à l'origine de la formation des flocons de neige, des grêlons et de la précipitation dans les nuages élevés et moyens. La condensation solide directe, ou sublimation inverse, intervient dans la formation des cristaux de glace primaires, des nuages cirrus, des gelées blanches et des givres de beau temps.

Panaches de vapeur.
Les phénomènes de condensation visibles sous forme de panaches de vapeur au-dessus des cheminées, des tours de refroidissement, des lacs, des rivières ou des chutes d'eau, résultent du mélange entre de l'air chaud et humide émis ou évaporé et un air ambiant plus froid, le mélange atteignant la saturation. Ces panaches, bien que souvent d'origine industrielle ou naturelle locale, obéissent aux mêmes lois que les nuages et les brouillards de mélange. Leur persistance dépend de l'humidité relative de l'air ambiant, de la température et de la vitesse du vent.