Batata-doce (Ipomoea batatas L.) e inhame (Colocasia esculenta L.) representam a segunda fonte alimentar mais importante do mundo. Atualmente, as alterações climáticas ameaçam a produtividade agrícola, principalmente devido à escassez de água, cujo efeito não é ainda suficientemente compreendido. As principais lacunas são a perceção do efeito da seca, através da eficiência no uso da água (WUE), bases bioquímicas e fisiológicas de produtividade e qualidade. Aqui, apresentamos os modelos das respostas de sete acessos de inhame e oito de batata-doce às condições de insuficiência hídrica, seguindo-se a avaliação da tolerância à seca, através da criação de modelos de previsão rápidos e precisos baseados na espectroscopia próxima do infravermelho (NIRS). Os resultados forneceram informações relevantes sobre o desenvolvimento destas culturas em ambiente de stress. A escassez de água conduziu a mecanismos de redução da perda de água, com diminuição da biomassa total (TPB) em todos os acessos. Respostas distintas na flexibilidade fenotípica foram explicadas pela razão parte tuberosa/parte vegetativa e variação do índice de stress no crescimento dos órgãos. Acessos com resposta mais favorável à seca melhoraram a WUE, com menor redução de TPB. Os parâmetros de composição isotópica de carbono (δ13C) e azoto (δ15N) atuaram como integradores fisiológicos de resposta ao stress ambiental. Maior teor de δ13C representou maior fixação de carbono, e maior variação de δ15N indicou realocação generalizada de azoto entre os órgãos sob stress. O teor de oxalatos relacionou-se significativamente com o amido, índice de clorofila e proteína. O desenvolvimento da técnica NIRS demonstrou ser uma excelente ferramenta para detetar as respostas destas culturas à seca, através de parâmetros de qualidade e fisiológicos, que poderá ser aplicada na investigação, pelos agricultores e empresas. Esta informação também auxiliará na seleção de características a serem utilizadas nos programas de melhoramento de inhame e batata-doce, para adaptação às mudanças climáticas.