Вода чрезвычайно распространённое вещество в космосе, однако из-за высокого внутри-жидкостного давления вода не может существовать в жидком состоянии в условиях вакуума космоса, отчего она представлена только в виде пара или льда.
Одним из наиболее важных вопросов, связанных с освоением космоса человеком и возможности возникновения жизни на других планетах, является вопрос о наличии воды за пределами Земли в достаточно большой концентрации. Известно, что некоторые кометы более, чем на 50 % состоят из водяного льда. Не стоит, впрочем, забывать, что не любая водная среда пригодна для жизни — в частности, аккумуляторная батарея содержит 25 % раствор серной кислоты в воде (но жизнь в нем, очевидно, маловероятна, тем более, её возникновение).
В результате бомбардировки лунного кратера, проведённого 9 октября 2009 года НАСА с использованием космического аппарата LCROSS, впервые были получены достоверные свидетельства наличия на спутнике Земли водяного льда в больших объемах.
Вода широко распространена в Солнечной системе, она есть почти везде, даже в атмосфере Венеры присутствует небольшое количество водяного пара. Наличие воды (в основном в виде льда) подтверждено на многих спутниках Юпитера и Сатурна: Энцеладе, Тефии, Европе, Ганимеде и др. Вода присутствует в составе всех комет и многих астероидов. Учёными предполагается, что многие транснептуновые объекты имеют в своём составе воду.
Жидкая вода, предположительно, имеется под поверхностью некоторых спутников планет, наиболее вероятно, на Европе, спутнике Юпитера.
Вода вне планеты Земля или, хотя бы, следы её существования в прошлом, являются объектами сильного научного интереса, так как предполагают существование внеземной жизни.
Земля, 71% поверхности которой покрыто океанами из жидкой воды, является на данный момент единственной известной содержащей жидкую воду планетой в Солнечной системе и всей Вселенной.
Имеются научные данные, что на некоторых спутниках планет-гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) вода может находиться под тонкой корой, покрывающей планету. Однако однозначных доказательств наличия воды в Солнечной системе, кроме как на Земле, на данный момент нет. Океаны и вода могут иметься в других звездных системах и/или на их планетах и других небесных телах на их орбите. Например, водяной пар был обнаружен в 2007 году в протопланетном диске в 1 а.е. от молодой звезды MWC 480.
Астрономы Калифорнийского технологического института, США обнаружили в космосе целый резервуар с водой, превосходящий запасы Мирового океана Земли в 140 трлн раз. Открытие было совершено сотрудником Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, ученым Калифорнийского технологического института Мэттом Брэдфордом. Мэтт Брэдфорд сделал это открытие в ходе изучения окружающей среды вокруг квазара APM 08279 +5255, который содержит в себе черную дыру с массой в 20 миллиардов раз больше массы Солнца и производит столько энергии, сколько тысяча триллионов солнц. Квазар APM 08279 +5255 находится в 12 миллиардов световых лет от Земли и, как сказал Мэтт Брэдфорд: «…окружающая среда вокруг этого квазара является очень уникальной из-за того, что насыщена молекулами воды».