La deforestación también afecta al ciclo del agua: los árboles extraen agua del subsuelo a través de sus raíces y la liberan a la atmósfera. Cuando desaparecen, el clima se vuelve más seco. Además la deforestación reduce la cantidad de agua en el terreno y en el subsuelo, de modo que las plantas restantes ven reducida su disponibilidad de agua. Asimismo la deforestación reduce la cohesión del suelo, lo que da lugar a erosión, inundaciones, desertificación y corrimientos de tierras.
Al reducirse la cubierta arbórea disminuye la capacidad del entorno para interceptar, retener y transpirar la lluvia caída. Las áreas boscosas atrapan el agua y la filtran al subsuelo; las deforestadas, en cambio, se vuelven fuentes de agua superficial, que se mueve mucho más deprisa que la subterránea. Los bosques devuelven a la atmósfera por transpiración la mayoría del agua que cae sobre ellos como precipitación. Por el contrario, cuando se deforesta una zona, casi toda la precipitación se pierde en forma de agua superficial. Ese transporte más rápido de agua superficial puede traducirse en inundaciones relámpago e inundaciones más concentradas de las que ocurrirían si se hubiera mantenido la cubierta arbórea. La deforestación también reduce la evapotranspiración, y consiguientemente los niveles de humedad atmosférica, lo que en algunos casos afecta a las precipitaciones en las zonas a sotavento del área deforestada, porque el agua no se recicla en los bosques a sotavento, sino que corre por la superficie y va directamente a los océanos. De acuerdo con un estudio, en el área deforestada al norte y noroeste de China, la precipitación media anual descendió un tercio entre la década que comenzó en 1951 y la de 1981.
