Les rayons cosmiques proviennent de l’espace et, en entrant en contact avec l’atmosphère terrestre, génèrent une cascade de particules, y compris des neutrons rapides. Ces derniers ont la particularité d’interagir principalement avec les molécules d’eau. Lorsqu’ils entrent en contact avec l’eau dans le sol ou la neige, une partie des neutrons rapides est absorbée et une partie est renvoyée dans l’air, perdant ainsi une partie de l’énergie initiale : ainsi naissent les neutrons lents. Une grande différence entre le nombre de neutrons rapides et lents implique une grande quantité d’eau et vice versa. Étant donné que les neutrons rapides ont suffisamment d’énergie pour pénétrer à l’intérieur du sol sur plusieurs centimètres (plusieurs mètres dans la neige), la mesure obtenue est représentative en profondeur. Étant donné que les neutrons lents sont répartis sur de grandes distances, il est possible de surveiller le contenu en eau sur de vastes zones, environ 5 hectares au niveau de la mer.