介電常數(shù)，是一個描述暴露于外部電場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，它表示物質(zhì)分子間電荷分離的測度，其中正電荷向電場方向移動，負(fù)電荷向相反方向移動。介電常數(shù)以F/m表示，它測量了材料在外加電場中存儲電磁能的能力。

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)之比來表示：
εr*代表介電常數(shù)或相對介電常數(shù)。
介電常數(shù)由兩部分構(gòu)成---實部（ ）和虛部（ ），其關(guān)系如下：
實部表示，以分子電荷形式儲存在材料中的能量相對于所施加電場的位移；虛部表示，當(dāng)材料暴露在電場中時能量損失的影響。

介電常數(shù)與土壤含水量有關(guān)，因為在很大的頻率范圍內(nèi)(大約從10到1200 MHz)， 20℃時水的介電常數(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。因為，虛部定義的能量損失可能并不總是比由實部定義的在土壤中儲存的能量小得多。

通過研究，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介電常數(shù)損失； 表示，體積電導(dǎo)率； 表示角頻率。這個公式，說明書了電導(dǎo)率和分子弛豫是如何結(jié)合在一起增加的虛部的。

通過土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的了解，我們知道，我們在評估土壤特性和土壤水分對介電常數(shù)影響的時候，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)的兩個例子。高SSA（比表面積）的粘土顆粒會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)的實部和虛部。

通過上述公式及相關(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，通過測量電磁波信號在土壤中的傳播時間來確定土壤水分的介電常數(shù)。