不同波段反演土壤水分的原理不同。在王可见光和近红外波段，不同湿度的土壤具有不同的地表反照率，通常湿土的地表反照率比干土低，并且从理论上可以测量这种差异。但是由于土壤有几质、地表粗糙度、纹理、人射角以及植被覆盖等干扰因素的影响，这种方法并不实用。

　　在热红外波段遥感可以监测地表温度，而地表温度与土壤水分有关。另一方面，利用地表温度可以获得土壤热惯量，进而估测土壤水分。土壤热惯量与土壤水分关系密切，土壤水分高，土壤热惯量高；反之，土壤热惯量低。

　　微波分为被动微波和主动微波。被动微波通过测量土壤亮温来估测土壤水分，土壤亮温土壤介电常数和土壤温度决定，而介电常数和温度与土壤水分有关，可以通过土壤亮温反演土壤水分。主动微波测量土壤的后向散射系数，土壤后向散射系数主要由介电常数和土壤粗糙度决定，而介电常数由土壤水分决定，因此可以利用雷达反演土壤水分。