介電常數(shù)，是一個(gè)描述暴露于外部電場(chǎng)中的材料電極化的物理參數(shù)。介電材料內(nèi)部電荷分離的程度定義為介電材料的極化。具體地說(shuō)，它表示物質(zhì)分子間電荷分離的測(cè)度，其中正電荷向電場(chǎng)方向移動(dòng)，負(fù)電荷向相反方向移動(dòng)。介電常數(shù)以F/m表示，它測(cè)量了材料在外加電場(chǎng)中存儲(chǔ)電磁能的能力。

在電磁理論的公式中，材料的介電常數(shù)一般用其絕對(duì)介電常數(shù)(ε*)與自由空間介電常數(shù)((ε0 ≈ 8.85 × 10⁻¹² F m−1)之比來(lái)表示：
εr*代表介電常數(shù)或相對(duì)介電常數(shù)。
介電常數(shù)由兩部分構(gòu)成---實(shí)部（ ）和虛部（ ），其關(guān)系如下：
實(shí)部表示，以分子電荷形式儲(chǔ)存在材料中的能量相對(duì)于所施加電場(chǎng)的位移；虛部表示，當(dāng)材料暴露在電場(chǎng)中時(shí)能量損失的影響。

介電常數(shù)與土壤含水量有關(guān)，因?yàn)樵诤艽蟮念l率范圍內(nèi)(大約從10到1200 MHz)， 20℃時(shí)水的介電常數(shù)約為80，這比許多礦物土壤材料(4 ~7)或空氣(1)的介電常數(shù)大得多。因此，土壤水混合物的介電常數(shù)主要受含水量的影響。在很多應(yīng)用中，理想的假設(shè)是介電常數(shù)的實(shí)部遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于虛部，從而不考慮虛部的存在。這種假設(shè)在粘性土壤中是可以應(yīng)用的，但是在一些鹽漬土或部分粘土中并不適用。因?yàn)�，虛部定義的能量損失可能并不總是比由實(shí)部定義的在土壤中儲(chǔ)存的能量小得多。

通過(guò)研究，土壤水分混合物中介電能量損失是由導(dǎo)電和分子弛豫控制的。
表示，分子弛豫引起的相對(duì)介電常數(shù)損失； 表示，體積電導(dǎo)率； 表示角頻率。這個(gè)公式，說(shuō)明書(shū)了電導(dǎo)率和分子弛豫是如何結(jié)合在一起增加的虛部的。

通過(guò)土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的了解，我們知道，我們?cè)谠u(píng)估土壤特性和土壤水分對(duì)介電常數(shù)影響的時(shí)候，需要考慮虛部的增加。根據(jù)粘土礦物學(xué)的不同，Bulk EC和SSA隨粘土含量的增加而顯著增加，這是已知的干擾土壤水介電常數(shù)的土壤性質(zhì)的兩個(gè)例子。高SSA（比表面積）的粘土顆粒會(huì)使土壤顆粒表面與水分子產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，從而降低水分子的極化，影響介電常數(shù)的實(shí)部和虛部。

通過(guò)上述公式及相關(guān)研究，Bulk EC與介電常數(shù)虛部大小成反相關(guān)，而且與電磁波頻率有關(guān)。因此，考慮到虛部的影響，傳感器應(yīng)采用高頻率，如Acclima TDR傳感器的頻率大于1GHZ。Acclima TDR，是一款真正的TDR傳感器，通過(guò)測(cè)量電磁波信號(hào)在土壤中的傳播時(shí)間來(lái)確定土壤水分的介電常數(shù)。