月球的環境與地球非常不同，它的重力要比地球弱一些，並且月球上基本上是真空的狀態。由於沒有大氣層的保溫作用，月表被太陽照射到的部分將會很熱，溫度可達120 ℃；沒有被太陽照射到的背陽面或者永久陰影區會很冷，溫度低至-170 ℃。
如果把液態水倒在月球的向陽面，液態水很快會完全蒸發掉。不過，這個過程並非是直接蒸發。在月球的真空環境中，倒出來的水首先會劇烈沸騰。但由於水在沸騰的同時會吸收大量的熱量，所以並非所有的水都會沸騰。一部分沸騰的水吸收了大量的熱量之後，將會導致水很快結成冰。冰落到月球表面上遇到高溫又會迅速升華，最終消散在空中。
在真空中沸騰的水
水在真空中同時出現沸騰和結冰的現象是真實存在的，太空人曾經在太空中目睹過。太空人如果在執行任務期間排尿，這些液體會被排放到太空中。太空人觀測到，尿液會劇烈沸騰，然後蒸氣馬上出現凝華的現象，立即轉變為固態，最終形成一團細小的冰凍尿液晶體。
另一方面，如果把液態水倒在月球的背陽面或者永久陰影區，水同樣先會部分沸騰，然後馬上凝固成冰。在月球引力的作用下，冰將會落到月球上。由於這些區域的溫度很低，冰不會直接升華。但最終結果會怎樣，還要分情況。
水的相圖
如果是在背陽面，等到太陽照射到之後，這些冰很快又會升華。而如果是在太陽無法照射到的永久陰影區，冰可以長時間存在，因為那裡始終保持低溫。事實上，有不少證據表明，月球兩極的永久陰影區中存在冰。
