在定温、定压下，每偏摩尔体积水与每摩尔体积纯水的化学势差。可用下式表示：

水势

式中 Ψ_w为水势；μ_w为一体系中水的化学势；为定温、定压下纯水的化学势；为水的偏摩尔体积。水的偏摩尔体积是指在定温、定压下，一体系中每摩尔水的体积。

水势的单位用压力表示。一般用兆帕（MPa，mega-pascal）表示。1兆帕（MPa）＝10巴（bar）。人为地将1个大气压下纯水的水势作为0，以作参比值。当水中有溶质（如糖分）存在时就使水势降低而成为负值。

植物水势的组分可归纳如下式：

Ψ_w＝Ψ_s＋Ψ_p＋Ψ_m＋Ψ_g

式中 Ψ_s为溶质势（solute potential），亦称渗透势（Ψ_π，osmotic potential），是由于水中存在溶质而使水势降低的数值，恒为负值。Ψ_p 为压力势（pressurepotential），是当细胞吸水膨胀时，细胞壁对细胞产生的静水压。它使水势提高，通常为正值。但发生质壁分离的细胞的Ψ_p则为零。Ψ_m为衬质势（matric potential），指细胞质及细胞壁组分通过H键与水分子相结合以及细胞壁微纤丝间毛细管中保持水分子而使水势下降的数值，亦为负值。Ψ_g为重力势（gravitational potential），是由重力对植物体内水分的影响而产生。这只有在高大的树木中有意义，一般农作物中其值与水势其它组分相比，可忽略不计。

一般测定植物水势都是取已完全展开的功能叶为样品。叶细胞具有中央大液泡，其水势主要决定于液泡的水势。液泡的水势主要决定于Ψ_s及Ψ_p，而细胞质的水势则主要决定于Ψ_m及Ψ_p。当细胞水势达动态平衡时，液泡的Ψ_w与细胞质的Ψ_w相等，即液泡的Ψ_w＝细胞质的Ψ_w；液泡Ψ_w＝Ψ_s＋Ψ_p，细胞质Ψ_w＝Ψ_m＋Ψ_p，所以液泡Ψ_s＝细胞质Ψ_m。故在成长细胞中，水势公式可写作下式：

Ψ_w＝Ψ_s＋Ψ_p

水分总是从水势高的部位转移到水势低的部位。如植物体内两个细胞或两个器官之间水势相等，则二者之间水分达动态平衡。在白天空气相对湿度较低时。土壤—植物—大气间常有一水势梯度，如图所示。植物根系就可从土壤中吸水，叶则通过蒸腾作用散失水分到大气中。如一次施用化肥过多，使土壤溶液的水势剧烈降低则会阻碍根系吸水。

图中为土壤水势；为根水势；为叶水势；为大气水势。

生长在水势-0.01MPa土壤中的小麦植株不同部位的水势

植物水分胁迫时，水势相应降低，同时光合速率及生长亦受到抑制。特别是叶伸长最为敏感。例如，向日葵叶子的水势为-0.8兆帕时，其光合速率约为30毫克/（小时·平方米）。水势从-0.8兆帕降低到-1.6兆帕时，光合速率相应降低至约15毫克/（小时·平方米）；而叶伸长在水势从-0.2兆帕降至-0.3兆帕时几呈直线下降，到叶水势为-0.6兆帕时，叶伸长接近0。所以农业生产上应采取相应措施，防止水分胁迫，导致作物的水势明显降低，影响生长。