La sequía es uno de los principales factores ambientales que afectan el crecimiento de los cultivos, y la cría de cultivares tolerantes a la sequía es una de las formas más económicas y efectivas de aumentar los rendimientos y garantizar una producción agrícola sostenible bajo estrés por sequía. Para facilitar la cría de trigo tolerante a la sequía, se llevó a cabo este estudio para evaluar las diferencias genotípicas en la tolerancia a la sequía de 334 genotipos de trigo recolectados de China y Australia con el objetivo de seleccionar genotipos tolerantes y sensibles a la sequía y elucidar los mecanismos fisiológicos correspondientes. Un experimento hidropónico-aire (raíces expuestas al aire durante 7 h/día y continuado durante 6 días) mostró diferencias genotípicas significativas en los pesos secos de los brotes y raíces entre los genotipos. Los pesos secos relativos de brotes y raíces, expresados como un porcentaje del control, mostraron una distribución normal, con rangos de variación del 20.2-79.7% y 32.8-135.2%, respectivamente. Los coeficientes de variación estaban en el rango del 18.2-22.7%, y el índice de diversidad estaba entre 5.71 y 5.73, lo que indica una rica diversidad genética entre los genotipos de trigo para la tolerancia a la sequía. Utilizando diferencias fenotípicas en los pesos secos relativos en respuesta al estrés por sequía, se seleccionaron 20 de los genotipos más tolerantes y sensibles a la sequía; estos fueron evaluados en experimentos en macetas (sin riego hasta que el contenido de humedad del suelo alcanzara el cuatro por ciento). Los resultados mostraron que las tendencias en la tolerancia a la sequía eran consistentes con el experimento hidropónico-aire, siendo los genotipos W147 y W235 los más tolerantes a la sequía y W201 y W282 los más sensibles. Se observaron diferencias genotípicas significativas en la eficiencia del uso del agua en respuesta a la sequía en el experimento en macetas, siendo los genotipos tolerantes a la sequía notablemente más altos y los dos genotipos sensibles no diferentes del control. Se observó un aumento marcado en el contenido de agua ligada en las plantas bajo estrés por sequía en los dos genotipos tolerantes a la sequía, mientras que se produjo una disminución en el agua libre. Las reducciones en las eficiencias fotoquímicas de PSII, tasas de transpiración, tasas de fotosíntesis neta, contenidos de clorofila y conducción estomática en los genotipos sensibles a la sequía W201 y W282 bajo estrés por sequía fueron mayores que en los dos genotipos tolerantes. Este estudio proporciona una guía teórica y germoplasma para la mejora genética futura de la tolerancia a la sequía en el trigo.