I raggi cosmici provengono dallo spazio e, entrando in contatto con l’atmosfera terrestre, generano una cascata di particelle, tra cui neutroni veloci. Questi ultimi hanno la peculiarità di interagire principalmente con le molecole d’acqua. Quando entrano in contatto con l’acqua nel suolo o nella neve, parte dei neutroni veloci viene assorbita e parte riflessa indietro nell’aria, perdendo parte dell’energia iniziale: nascono così i neutroni lenti. Una grande differenza tra il numero di neutroni veloci e lenti implica una grande quantità di acqua e viceversa. Poiché i neutroni veloci hanno abbastanza energia per penetrare nel suolo per molti centimetri (e metri nella neve), la misura è rappresentativa in profondità. Poiché i neutroni lenti sono distribuiti su ampie distanze, è possibile monitorare il contenuto di acqua su vaste aree, circa 5 ettari al livello del mare.