土壤中水分的多少有两种表示方法:一种是以土壤含水量表示，分重量含水量和容积含水量两种，二者之间的关系由土壤容重来换算。另一种是以土壤水势表示，土壤水势的负值是土壤水吸力。
FDR(FrequencyDomainReflectometry)频域反射是利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数(ε),从而得到土壤容积含水量(θv)。介绍了FDR系统的测量原理、系统安装、测量方法及其在土壤水分连续动态监测中的应用,并对实际测量结果进行了校正,可以作为FDR校正的参考。在半干旱区皇甫川流域的应用实践表明,FDR具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点,是一种值得推荐的土壤水分测定仪器。TDR(TimeDomainReflector)时域反射是一种快速检测土壤水分的常见原理，其原理是在一条不匹配的传输线上的波形会发生反射。传输线上任何一点的波形都是原有波形和反射波形的叠加。TDR原理的设备响应时间约10-20秒，适合移动测量和定点监测。测定结果受盐度影响很小，TDR缺点是电路比较复杂，设备较昂贵。FDR相比TDR测试原理，几乎具有TDR的所有优点，探头形状非常灵活。比较夸张的甚至可以放在做成犁状放在拖拉机后面运动中测量。FDR相对TDR需要更少的校正工作。多年以来，FDR原理的土壤水分仪精度上一直难以突破，成为FDR土壤水分仪发展的停滞。经过多年研究，终于突破了这一难点。研究出一款FDR原理的土壤水分仪,精度达到了3%。
墒，指土壤适宜植物生长发育的湿度。墒情，指土壤湿度的情况。土壤湿度是土壤的干湿程度，即土壤的实际含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分数表示:土壤含水量=水分重/烘干土重×100%。也可以土壤含水量相当于田间持水量的百分比，或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。土壤水是植物吸收水分的主要来源(水培植物除外)，另外植物也可以直接吸收少量落在叶片上的水分。土壤水的主要来源是降水和灌溉水，参与岩石圈-生物圈-大气圈-水圈的水分大循环。土壤水存在于土壤孔隙中，尤其是中小孔隙中，大孔隙常被空气所占据。穿插于土壤孔隙中的植物根系从含水土壤孔隙中吸取水分，用于蒸腾。土壤中的水气界面存在湿度梯度，温度升高，梯度加大，因此水会变成水蒸汽蒸发逸出土表。蒸腾和蒸发的水加起来叫做蒸散，是土壤水进入大气的两条途径。表层的土壤水受到重力会向下渗漏，在地表有足够水量补充的情况下，土壤水可以一直入渗到地下水位，继而可能进入江、河、湖、海等地表水。
土壤水分传感器采用国际上最流行的现场测试土壤水分原理:频域反射原理(FDR)，该技术最早应用于美国，即传感器发射一定频率的电磁波，电磁波沿探针传输，到达底部后返回，检测探头输出的电压，由于土壤介电常数的变化通常取决于土壤的含水量，由输出电压和水分的关系则可计算出土壤的含水量。水分是决定土壤介电常数的主要因素。测量土壤的介电常数，能直接稳定地反应各种土壤的真实水分含量。土壤水分传感器可测量土壤水分的体积百分比，与土壤本身的机理无关，此原理是目前国际上最流行的土壤水分传感器测量方法。
