不同波段反演土壤水分的原理不同。在王可見光和近紅外波段，不同濕度的土壤具有不同的地表反照率，通常濕土的地表反照率比干土低，并且從理論上可以測量這種差異。但是由于土壤有幾質、地表粗糙度、紋理、人射角以及植被覆蓋等干擾因素的影響，這種方法并不實用。

　　在熱紅外波段遙感可以監測地表溫度，而地表溫度與土壤水分有關。另一方面，利用地表溫度可以獲得土壤熱慣量，進而估測土壤水分。土壤熱慣量與土壤水分關系密切，土壤水分高，土壤熱慣量高；反之，土壤熱慣量低。

　　微波分為被動微波和主動微波。被動微波通過測量土壤亮溫來估測土壤水分，土壤亮溫土壤介電常數和土壤溫度決定，而介電常數和溫度與土壤水分有關，可以通過土壤亮溫反演土壤水分。主動微波測量土壤的后向散射系數，土壤后向散射系數主要由介電常數和土壤粗糙度決定，而介電常數由土壤水分決定，因此可以利用雷達反演土壤水分。