目前，国内外有很多种土壤水分测定方法，进而有不同的土壤水分传感器。比如：时域反射法（TDR），石膏法，红外遥感法，频域反射法/频域法(FDR/FD法)，滴定法，电容法，电阻法，微波法，中子法，Karl Fischer法，γ射线法和核磁共振法等。

TDR法是上世纪80年代发展起来的一种土壤水分测定方法，中文为时域反射仪。这种方法在国外应用相当普遍，国内才刚开始引进，各部门都相当重视。TDR是一个类似于雷达系统的系统，有较强的独立性，其结果与土壤类型、密度、温度基本无关。而且还有很重要的一点就是，TDR能在结冰下测定土壤水分，这是其他方法无法比拟的。另外，TDR能同时监测土壤水盐含量，且前后两次测量的结果几乎没有差别。这种测定方法的精确度可见一斑。

因为TDR法设备昂贵，在80年代后期，许多公司(如AquaSPY, Sentek. Delta-T， Decagon)开始用比TDR更为简单的方法来测量土壤的介电常数，FDR和FD法不仅比TDR便宜，而且测量时间更短，在经过特定的土壤校准之后，测量精度高，而且探头的形状不受限制，可以多深度同时测量，数据采集实现较容易。

电阻法利用石膏、尼龙、玻璃纤维等的电阻和它们的含水量有关。当把这些中间物加上电极放置在潮湿的土壤中，然后一段时间后，这些东西的含水量达到平衡。由于电阻和含水量间的关系，我们先前标定电阻和百分数间一定的对应关系，然后就可以通过这些组件，得到1~15大气压吸力范围内的水分读数。

中子法适合测定野外土壤水分。它根据氢在急剧减低快中子的速度并把它们散射开的原则，现在市面上已经有1测定土壤水分的中子水分计。中子水分计有很多方面的优点，但是对有机质土壤有相当的限制，而且它不适宜测定0-15cm的土壤水分含量。

与中子仪类似，γ射线透射法利用放射源137Cs放射出γ线，用探头接收γ射线透过土体后的能量，与土壤水分含量换算得到。