水分利用效率是指在田間，作物蒸散消耗單位質量水所製造的乾物質量，單位為g·kg-1。它反映植物生產過程中的能量轉化效率，是衡量作物產量與用水量關係的一種指標，也是評價水分虧缺下植物生長適宜度的綜合指標之一。水分利用效率的研究日益受到重視，其外延不斷擴大，如在植物生理學、農學和氣象學等學科普遍套用的降水利用效率(PWUE)、灌溉水利用效率(IWUE)、水分經濟效率(WEE)等。
提高水分利用效率的途徑包括改變灌溉方式與灌溉時期、改變種植方式（如密度、距離和行向等）、風障和作物種類的選擇。在葉片水平上、群體水平上和產量水平上，水分利用效率都有其特定的定義和計算方式。例如，葉片水平上的水分利用效率考慮了空氣CO2濃度、水汽擴散的邊界層和氣孔阻抗等因素；群體水平上的水分利用效率則關注作物群體CO2通量和作物蒸騰的水汽通量；產量水平上的水分利用效率則將作物產量和作物用水量納入考慮。
總的來說，水分利用效率是一個多層次、多維度的概念，它不僅關係到植物生理學，還涉及到農學、氣象學等多個學科，對於提高作物產量、最佳化水資源利用具有重要意義。