A medida que ocurre la sequía en una región, puede tener efectos en cascada a través del ciclo del agua. En este estudio, exploramos la co-evolución temporal de varios componentes del ciclo hidrológico en California desde 2002 hasta 2018. Combinamos información de los satélites del Experimento de Recuperación de Gravedad y Clima (GRACE), el sistema de modelos del Sistema de Asimilación de Datos de Tierra de América del Norte (NLDAS) y los niveles de los embalses del Departamento de Recursos Hídricos de California (DWR) para analizar la dinámica del Almacenamiento Total de Agua (TWS), la humedad del suelo, la capa de nieve, el almacenamiento en grandes embalses y, en última instancia, las aguas subterráneas. Para el TWS, se observa una tendencia de -2 cm/año durante todo el período de análisis; sin embargo, esta tasa aumenta a aproximadamente -5 cm/año durante los períodos de sequía (2006-2010 y 2012-2016). Los resultados indican que la mayor parte de la pérdida en TWS es causada por el agotamiento de aguas subterráneas. Usando un adecuado cálculo de errores, podemos identificar el inicio, el pico y el final de los períodos de sequía para cada variable de estado hídrico individual en el dominio del estudio. Mostramos que la nieve y la humedad del suelo se ven afectadas antes y se recuperan más rápido que el agua superficial y las aguas subterráneas. La dinámica anual y de año a año mostrada en nuestros resultados retrata un claro efecto en cascada del ciclo hidrológico en la escala de 8 a 16 meses.