月球的环境与地球非常不同，它的重力要比地球弱一些，并且月球上基本上是真空的状态。由于没有大气层的保温作用，月表被太阳照射到的部分将会很热，温度可达120 ℃；没有被太阳照射到的背阳面或者永久阴影区会很冷，温度低至-170 ℃。
如果把液态水倒在月球的向阳面，液态水很快会完全蒸发掉。不过，这个过程并非是直接蒸发。在月球的真空环境中，倒出来的水首先会剧烈沸腾。但由于水在沸腾的同时会吸收大量的热量，所以并非所有的水都会沸腾。一部分沸腾的水吸收了大量的热量之后，将会导致水很快结成冰。冰落到月球表面上遇到高温又会迅速升华，最终消散在空中。
在真空中沸腾的水
水在真空中同时出现沸腾和结冰的现象是真实存在的，宇航员曾经在太空中目睹过。宇航员如果在执行任务期间排尿，这些液体会被排放到太空中。宇航员观测到，尿液会剧烈沸腾，然后蒸气马上出现凝华的现象，立即转变为固态，最终形成一团细小的冰冻尿液晶体。
另一方面，如果把液态水倒在月球的背阳面或者永久阴影区，水同样先会部分沸腾，然后马上凝固成冰。在月球引力的作用下，冰将会落到月球上。由于这些区域的温度很低，冰不会直接升华。但最终结果会怎样，还要分情况。
水的相图
如果是在背阳面，等到太阳照射到之后，这些冰很快又会升华。而如果是在太阳无法照射到的永久阴影区，冰可以长时间存在，因为那里始终保持低温。事实上，有不少证据表明，月球两极的永久阴影区中存在冰。
