非饱和土壤水运动的驱动力是重力势和基质势组成的水力势梯度。绝大多数田间和植物根区的土壤水流过程都处在土壤非饱和状态。定量地说明非饱和流过程非常复杂困难，因为在流动过程中，土壤水的含量和状态是经常变化的。土壤非饱和时，由于气相的存在，水流通道与饱和土壤中的通道有很大不同。土壤中粗大的孔隙是土壤饱和水流良好的通道，因此土壤孔隙愈粗，导水率愈强。而在非饱和流中，在大孔隙比较发达的土壤中，在低吸力下，大孔隙透水性较小孔隙强，但当土壤水吸力增高到一定值，大孔隙一旦被排空，则成为不导水的孔隙，土壤导水率急剧下降。而在小孔隙比较发达的土壤中，在较高基质吸力下孔隙仍然保持有水，故导水率虽低但仍然保持一定值。所以在非饱和土壤中，不能简单地认为具有粗大孔隙的砂质土壤的导水率一定比具有较多细小孔隙的黏质土壤的导水率高，相反在高基质吸力下，砂质土壤的非饱和导水率往往低于黏质土壤的非饱和导水率。当土壤的质地和结构不变时，饱和土壤水的导水率一般为一常数，而非饱和导水率随土壤含水量或土壤基质势变化，为土壤含水量或土壤基质势的函数。非饱和条件下，土壤水流的数学表达式与饱和条件下的类似，为白金汉-达西（Buckingham-Darcy）定律。二者的区别在于：水力势梯度不同；非饱和导水率远低于饱和土壤导水率，它不是一个常数，是土壤含水量或基质势的函数。

式中为水流通量；为非饱和导水率；为基质势；为空间坐标。公式中的正负号与垂向坐标轴方向的选取有关，坐标轴方向向上为正时取+号。