某一时期一定土壤体积内所得到的水分和被作物用去的、流失的水分之间的平衡关系。一般指在一定时间内，作物根部范围一定深度的土层得到与失去的水分差额。土壤中有多种水分流动过程存在，如植物利用的水分，渗漏，排出土层，土壤水分蒸发，水分再分布等。水分平衡与热量平衡有密切联系。土壤含水量影响能量的分配、利用，热通量也影响水分的状况和流动。水分平衡可用如下方程式表示：
（鹿洁中）
ΔS＝P＋I＋N－D－T－E－R
式中 △ 为时段开始与终了时的土层含水量的差值；P 为降水量；I为灌溉水量；N 为毛管水上升到该土层的水分；D 为渗漏到土层以下的水分；T 为作物蒸腾量；E 为土壤水分蒸发；R 为地面径流量（见图）。各项的单位通常用毫米水深表示。
利用上述方程式计算和研究农田土壤水分状况时，需要对方程式中各项进行测定或计算。土壤含水量可用仪器测定或计算方法得出。常用的是土钻法。降水量是农田土壤水分平衡的主要收入项，一般用雨量器或遥测雨量计来测定。灌水量可测得。蒸发和作物蒸腾（合称蒸散量ET）是农田水分平衡的主要支出项，它可用各种类型的土壤蒸发器测定，也可用各种气候学方法进行估算。毛管上升水是指从地下水上升进入该土层的水分。当地下水位较深时（如壤土全年地下水位大于5米，砂土大于3米），它对农作物根部范围的水分补给量可略而不计；但当地下水位较浅时，则需进行估算。地面径流量在一般情况下是农田土壤水分平衡中的支出项，但如果径流量是从相邻地段流进来的，则构成收入项。地面径流量不仅与降水量和降水强度有关，还受地表面坡度，土壤湿度等的影响。中国大部分地区雨量比较集中，因此雨季的地面径流量一般情况下不能忽略不计。
由于准确计算和测定农田土壤水分平衡方程式中的所有各项很困难，因此应用时常把上述方程式作适当简化，例如在地下水位很深、且较平整的农田，农田土壤水分平衡方程可简化为：
⊿S＝P＋I－E－T
农田水分平衡的直接测定是用蒸渗计，将土壤装入一容器，安装在能代表当地气候、土壤的农田中，有称重装置和漏水装置，能连续测定蒸散、渗漏量和土壤中的一些物理参量。
