根系吸收的水分通过植物茎中的木质部导管向叶片输送水分，水分上升的动力来自叶蒸腾面的表面张力。由于空气中水汽水势低，蒸腾作用主要发生在气孔下的腔细胞壁上，蒸腾作用使细胞壁纤维素微纤丝孔隙内汁液水面形成弯液面，引起木质部压力降低，在木质部内形成负压。最终这种负压传递到根部，使得根部的水势低于土壤水的水势，这样土壤中的水分便会进入根内，通过茎的木质部导管，输送到叶片，补充蒸腾失去的水量。由于水的内聚力较大，约为0.5～3.0 MPa，同时导管内纤维素分子间还有附着力，因此，输水过程中导管中的水柱不会被张力拉断，导管中的水流是连续的。这就是H.H.Dixon提出的蒸腾-内聚力-张力学说。
夜晚蒸腾作用减弱，木质部的负压减小，植物的吸水量和输水量也随之减少。在土壤水分充足、地温较高、空气相对湿度较大的条件下，会出现正的根压，有些植物便会从根尖或叶的边缘吐出水珠，以减小植物内部的压力，这种现象称为吐水现象。但在阳光充足的白天，蒸腾作用强烈，叶面-根之间的木质部再度出现负压，土壤中的水分便源源不断地进入根中，进行新一轮的光合作用和水分循环。
植物的输水组织内的水分可以和周围细胞组织内的水分互相交换，周围薄壁细胞也能向导管排出水分或吸收水分，这种交换也受控于水势梯度，水分输送也是较为复杂的过程。水分在整个植物体内的输送途径为：土壤水→根毛→根皮层→根中柱鞘→根导管→茎导管→叶柄导管→叶脉导管→叶肉细胞→叶间细胞→气孔下腔→气孔→大气。
维管束是植物进行长距离水分输送的组织。维管束由木质部和韧皮部组成，其中木质部是水分输送的主要通道。通常木质部由管胞、导管分子、纤维和木质部薄壁细胞组成，其中只有木质部薄壁细胞为活组织，其余均是死细胞，导管分子之间没有膜阻隔，在木质部构成毛细管道，输水阻力很小，成为植物体内水分长距离输送十分有效的通道。