根據(jù)物理學(xué)原理，物體在承受外力作用后，其自由能就會發(fā)生變化。同樣，土壤水在各種力的作用下，其自由能也發(fā)生變化。我們規(guī)定與土壤水在同一條件（同溫、同壓、同一高度）做參比標(biāo)準(zhǔn)的純自由水（流水或飽和水）的自由能為零，土壤水所具有的自由能與參比標(biāo)準(zhǔn)下純自由水自由能的差值就是土水勢，一般用來Φ表示。根據(jù)土壤水的受力特點，土水勢由基模勢（Φｍ）、壓力勢（Φｐ）、溶質(zhì)勢（Φｓ）和重力勢（Φｇ）四部分構(gòu)成。土水勢的單位用帕（Ｐａ）、［以前也用巴（ｂａｒ）或毫巴（ｍｂａｒ）］表示。

一般非飽和土壤的土水勢主要決定于基模勢，對于鹽堿土則決定于基模勢和溶質(zhì)勢之和，在水田淹水期間的土水勢主要由壓力勢來決定。通常在水分不飽和的土壤中，土水勢為負值，因為它低于參比標(biāo)準(zhǔn)下純自由水的水勢，土壤水總是由土水勢高處向低處移動。