农田活动层和大气之间在水分输送过程中由于水分相变所引起的热交换过程。水分输送包括农田蒸散和凝结两个相反过程。从能量观点来看，当水分从农田进入大气时，向大气输送水汽，同时随水汽带走的尚有它蒸发时所吸收的汽化潜热；当水汽在作物表面或土壤表面凝结时，这部分热量仍交还给农田作物层或土面（可能是极少的一部分热量），这就是农田潜热交换的情况。因此，农田蒸散的水分，可用其耗热来计量或用农田潜热交换来衡量。在热量平衡方程中，即用水汽通量E乘以水的汽化潜热L来表示。

蒸发过程决定于可获得的水分、相变时所能得到的能量、蒸发表面上的水汽浓度梯度以及乱流强弱等。地面和大气之间的水汽交换决定了低层空气湿度。水汽通量大多数是向上的。昼间蒸发失水很强，夜间蒸发速率减小，但蒸发继续存在。在结露的情况下，蒸发可以停止，但同昼间的水分通量相比，几乎可以略而不计。大气中的水分，主要是以水凝体返回地面，而以水汽乱流输送至地面的不多。昼间的水汽浓度廓线，随离开水源的高度而递减。类似显热传输一样，水汽是由乱流扩散过程向上输送的。上午，地面水分（露、土壤水和植物水）通过蒸发过程进入不稳定的大气中，增加了低层空气的水汽，使空气湿度急剧增大。正午以后，虽然蒸散为峰值，但由于对流向上带走一部分水汽，使低层水汽浓度稍有下降；同时又由于和上面下来的干空气混合，使低层水汽浓度变低。傍晚前，地面冷却，最低层空气变得稳定，因此，水汽向较高层空气输送的能力小于地面继续增加水汽的速率，水汽累积在最低气层。这时观测到第二个峰值。进入夜间，蒸散减弱，有时发生凝结，使低层水汽浓度减小，甚至形成地面附近水汽廓线的逆转。直到次日日出后，又重新步入新的水汽交换日变程（见农田小气候要素分布）。

农田水汽交换决定于湿度梯度、温度梯度和风速梯度，因此小气候学中，常采用扩散法、热量平衡法和阻抗法估算农田蒸散，从而得出潜热交换量。如果动量、热量和水汽交换系数相等，同时测量温度、风速和水汽梯度，则农田蒸散的水量或耗热量，可以根据水汽梯度来计算。但是，在目前仪器精度比较低的情况下，各种物理属性垂直梯度数值还不能很好测定，以致影响了潜热交换的精确计算。