El conocimiento de las propiedades térmicas del suelo (difusividad (k) y conductividad ()) es importante para entender la interacción suelo-planta-atmósfera relacionada con los procesos físicos y biológicos asociados con la transferencia de energía y los intercambios de gases de efecto invernadero. La incorporación de todos los procesos físicos que ocurren en la transferencia de energía en el suelo es un desafío para estimar correctamente las propiedades térmicas del suelo. En este trabajo, se utilizaron mediciones experimentales de temperatura del suelo y flujo de calor del suelo obtenidas en un suelo de arcilla limosa cubierto por pastizales nativos ubicados en el bioma Pampa brasileño para estimar las propiedades térmicas del suelo utilizando diferentes métodos, incluyendo la influencia del contenido de agua del suelo a diferentes profundidades en los procesos de transferencia de calor. Se estimó utilizando la solución numérica de la ecuación de Fourier mediante los métodos de Gradiente y Gradiente Modificado. Para la capa superficial, los resultados de ambos modelos muestran una gran variabilidad en los valores diarios, pero con valores similares para la media anual. Para a diferentes profundidades del suelo, ambos modelos mostraron un aumento de aproximadamente el 50% en el valor en las capas más profundas en comparación con la capa superficial, aumentando con la profundidad en este tipo de suelo. El k se estimó utilizando métodos analíticos y numéricos. Los métodos analíticos mostraron una mayor variabilidad y sobreestimaron los valores de los modelos numéricos entre un 15% y un 35%. Los modelos numéricos incluyeron un término relacionado con el contenido de agua del suelo. Sin embargo, los resultados mostraron una disminución en el valor medio de k de solo un 2%. La relación entre las propiedades térmicas y el contenido de agua del suelo se verificó utilizando diferentes modelos empíricos. Los mejores resultados para la conductividad térmica se obtuvieron utilizando el contenido de agua en la capa superficial (R2 > 0.5). El modelo cúbico presentó los mejores resultados para estimar la difusividad térmica (R2 = 0.70). Los análisis realizados proporcionan conocimiento para la estimación de las propiedades térmicas del suelo utilizando diferentes métodos y un conjunto de datos experimentales de temperatura del suelo, flujo de calor y contenido de agua, a diferentes profundidades del suelo, para un tipo de suelo representativo del bioma Pampa brasileño.