El aumento en la intensidad y frecuencia de la sequía debido al cambio climático global ha aumentado la urgencia de desarrollar cultivares de cultivos adecuados para entornos secos. La tolerancia a la sequía es un rasgo complejo que implica numerosas respuestas fisiológicas, bioquímicas y morfológicas. Una mejor comprensión de esos mecanismos es crítica para desarrollar cultivares tolerantes a la sequía. En este estudio, nuestro objetivo fue comprender los cambios morfofisiológicos a nivel de brotes y raíces en respuesta al estrés por sequía de diez genotipos de avena con diversas características morfológicas de raíces. Las plantas de veintiún días de edad fueron sometidas a estrés por sequía en un invernadero al retener el agua durante dos semanas. Se midieron varias características, incluido el contenido de clorofila, el contenido relativo de agua (CRA), la conductancia estomática, el número de estomas, el peso seco del brote (PSB), el peso seco de la raíz (PSR), la relación biomasa raíz-brote (RBB), la longitud de la raíz, el área de la raíz y el volumen de la raíz en plantas bien regadas y estresadas por sequía. El rendimiento de grano se evaluó continuando el tratamiento de sequía con un ciclo de secado y rehidratación cada 15 días hasta la madurez fisiológica. El régimen de agua tuvo un impacto significativo en todos los rasgos evaluados. Se observó una interacción significativa entre el genotipo y el tratamiento de agua para CRA, contenido de clorofila, conductancia estomática, número de estomas y rendimiento de grano, pero no para rasgos de raíz, lo que sugiere que el sistema de raíces de todos los genotipos respondió de manera similar al estrés por sequía. Hayden, el cultivar con la menor reducción en el rendimiento de grano por el tratamiento de sequía, estaba entre los genotipos con la menor reducción en CRA y contenido de clorofila pero con una disminución brusca en el número de estomas, indicando así que regular el estado hídrico de la planta y mantener el nivel de fotosíntesis son importantes para que las plantas de avena mantengan el rendimiento de grano bajo estrés por sequía. El tamaño del sistema de raíces no se correlacionó con el rendimiento de grano bajo sequía, pero el CRA y el rendimiento de grano estuvieron significativamente correlacionados bajo sequía, sugiriendo así que mantener el CRA es una característica importante para que las plantas de avena mantengan el rendimiento bajo estrés por sequía.