Les tournesols ont des besoins en eau qui varient en fonction de leur stade de développement et de croissance. Le sol doit rester humide au cours du semis et du repiquage. Les plants ont besoin de suffisamment d'eau, surtout durant la période des jeunes pousses. Après cela, la terre doit rester humide mais pas excessivement. Une légère sécheresse peut être bénéfique pour la croissance des racines et pour le développement de la tolérance de la plante aux épisodes secs. En été, lorsque la température augmente et que l'eau s'évapore plus rapidement, il faut augmenter l'apport en eau autant que nécessaire pour éviter le flétrissement, car cela pourrait impacter la croissance de la plante.
Chez le tournesol, le moment d l'émergence des bourgeons de fleurs correspond au pic de besoin en eau. Au cours de cette période, il ne faut jamais que le plant soit en carence d'eau ; si le sol devient trop sec, il faut l'arroser. Si vous tournesols poussent en pots, les plants sont souvent de grandes tailles même si le pot est petit, il se peut donc qu'il y ait juste ce qu'il faut de terre, mais pas assez d'eau. Ainsi, un arrosage régulier est nécessaire durant la période de croissance, sans quoi les feuilles vont avoir tendance à perdre leur eau et à se rabougrir. Le sol ne doit pas être trop humide cependant, sans quoi les feuilles de la base du plant vont avoir tendance à jaunir.