1）高分子保水剂自身吸水、保水和释水原理。高分子保水剂具有吸水速度快、吸水倍数大的特点，主要是其含有大量羧基、羟基及酰胺基、磺酸基等亲水性基团，对水分有较强的吸附能力，对纯水的吸水倍数可达400～600倍；其次，SAP的保水能力也很强，其保水方式有吸水和溶胀2种方式，以后者为主；此外，SAP的释水性能也很好，可直接为作物提供较长时间供水。研究发现，SAP吸水力13～14kg/m2，植物根系对水的吸力达17～18kg/m2。因此，保水剂所吸持水分的85%以上可为植物可利用水。实验证明，SAP具有吸水和释水，在干燥和再吸水的反复吸水能力，保水剂的每次反复吸水，其吸水倍率可下降10%~70%，最终失去吸水功能。
不同类型保水剂在保水特性方面，特别是对去离子水、自来水（电导率0.8～1.0s/cm)和不同离子溶液中的吸水倍数降低率、反复吸水性等方面有较大差异，对其应用范围有重要影响。
有机单体聚合保水剂（聚丙烯酸盐）在去离子水吸水倍数最高，在自然条件下10多天的保水性能；淀粉聚合类保水剂成本较低易分解，适宜作物成苗等短时期的土壤保水；有机无机复合保水剂（凹凸棒／聚丙烯酸钠）、有机单体与功能性成分复合保水剂（腐殖酸型保水剂），反复吸水性和抗二价（Ca2＋）和三价（Fe3＋）离子特性明显，适合盐碱地和废弃地的土壤改良应用。
2）高分子保水剂促进土壤改良和水分保持效应原理。SAP自身有多种官能团，能与周边土壤发生各种物理化学反应而促进土壤结构改变，增加土壤的团聚体数量。试验表明，SAP对0.5～5mm土壤粒径的大团粒形成效应明显，经过比较发现，SAP添加土壤0.005%～0.01%量使土壤团聚体增加效果最明显。根据SAP在土壤溶液中吸水倍数降低60%左右的结果反推，SAP直接作用土壤水分的效应为40%，其余效应为其提高土壤吸水能力，增加土壤含水量，SAP改良土壤结构的效应则占其效应力的60%。正是该效应使SAP使土壤的容重下降、孔隙度增加，土壤的水、肥、气、热得到协调而促进作物生长。研究证明，土壤加入0.1%保水剂在15%坡度模拟降雨条件下，土壤第一次降雨的水分入渗率达到11mm/h，较无保水剂土壤对照处理高43%，土壤径流量和土壤流失量分别较对照降低1%和34%；第二次降雨时的水分入渗率、水分和土壤流失量分别较对照高44%、5%和9.4%。
3）高分子保水剂可促进肥料、农药等农化品的利用效率原理。SAP的表面含有多种官能团，可与土壤间可进行多种离子的吸附和交换。化学氮肥的铵离子等官能团被SAP上离子交换或络合，在植物根系量作用下缓慢释放，提高氮肥利用效率。另一方面，SAP上的一些官能团受土壤中离子效应，也会降低其自身的吸水和保水能力，故应用SAP是应考虑此问题。试验表明，不同类型保水剂对氮素（硝态氮、铵态氮和尿素）保肥效果差异很大，尿素等非电解质肥料与SAP混用保肥效果都较好；聚丙烯酸钠保水剂对尿素保持较对照提高16%～22%，但对铵态氮保肥效果很差，甚至加速流失；有机无机复合保水剂对尿素和铵态氮保氮效果较对照提高5%～12%；腐殖酸型保水剂对硝铵氮保肥提高20%～30%，对尿素氮肥保持效果在20%。田间试验发现，SAP与尿素氮肥配合使用，吸氮量和氮肥利用率分别提高18.7%和27.1%。陕西延安试验，沟施SAP和尿素的马铃薯经济产量分别较对照增加42.7%和33.3%，但SAP与尿素混用则使马铃薯增产达75%以上。
目前中国农田的当季氮肥利用率仅30%~35%，磷肥20%～30%，钾肥40%～50%；全国每年农药用量50-60万t，其中高毒农药占总量70%。过量或不合理使用使70%~80%农药逸失到环境。因此，SAP应用化肥和农药，促进其利用效率提高是治理农田面源污染的重要途径。
4）高分子保水剂对植物生理节水的调节效应原理。SAP的植物效应与其应用方法有关。SAP直接可为种子包衣材料促进种子发芽；采取土壤穴施或沟施应用SAP，可明显改善植物的根际土水环境，形成干湿交替或植物部分根系受旱，受旱根系产生一种植物受旱信号-植物激素ABA（脱落酸），ABA随植物茎秆运输到叶片部分调节气孔，减少蒸腾而产生植物生理节水效应。试验证明，作物生长发育过程中在土壤干湿交替或者部分根系受旱时，会产生生长补偿效应来弥补产量减少。
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