Khí CH4 phát thải từ ruộng lúa chủ yếu do chế độ nước và chất hữu cơ, phát thải CH4 ít phụ thuộc và loại đất, thời tiết, cách làm đất, sử dụng phân bón và giống lúa (Bronson et al., 1997). Theo Nguyễn Việt Anh (2010), khí CH4 phát thải từ ruộng lúa chủ yếu do chế độ nước và phân giải chất hữu cơ ở điều kiện yếm khí. Đây là quá trình phân giải sinh hóa phức tạp có sự tham gia của vi khuẩn metan (Methanobacterium) và phụ thuộc vào các yếu tố môi trường, trong đó chủ yếu là thế oxy hóa khử (Eh), chế độ nước, chất hữu cơ và nhiệt độ,… Sự
thay đổi chế độ nước sẽ kéo theo sự thay đổi chế độ khí, nhiệt độ và Eh của môi trường đất. Đất ngập nước là điều kiện để phát thải CH4 cao.
Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Tỉnh và ctv. (2007), cường độ phát thải khí CH4 trong các giai đoạn đất khô ở ruộng tưới khô ngập luân phiên, đa số đều nhỏ hơn ruộng ngập liên tục và giảm rõ rõ rệt nhất ở thời kỳ có lượng phát thải lớn nhất (giai đoạn đẻ nhánh và làm đòng). Các ruộng lúa ngập liên tục tạo các điều kiện kỵ khí trong đất, những điều kiện này làm tăng khả năng phóng thích khí CH4. Các ruộng ngập không liên tục thì giảm khả năng phóng thích khí CH4 (Wassmann et al., 2000).
Theo Nguyễn Hữu Thành và ctv. (2012), trong suốt quá trình sinh trưởng của lúa, Eh của đất giảm dần từ đầu vụ, quá trình ngập nước tạo điều kiện yếm khí hình thành chất khử trong đất và Eh đạt thấp nhất ở thời kỳ 5-6 tuần sau gieo (từ -230 đến -235 mV), thời kỳ lúa đẻ nhánh rộ, tương ứng với thời điểm cường độ phát thải CH4 đạt cao nhất. Đây là thời kỳ đứng cái, làm đòng của cây lúa, cây lúa phát triển về sinh khối, bộ rễ phát triển mạnh tạo thành hệ thống mao quản để khí CH4 phát thải, rễ huy động lượng lớn chất dinh dưỡng cho cây đồng thời cũng bài tiết các chất hữu cơ vào đất, làm lượng chất hữu cơ tăng, làm chất khử tăng do các phản ứng yếm khí và làm Eh giảm. Sau thời kỳ này cây lúa phát triển ổn định tạo điều kiện cho oxy xâm nhập qua lá, thân và rễ làm cho quá trình oxy hóa xảy ra, Eh tăng dần đến cuối vụ. Sau giai đoạn này sinh khối của rễ, thân và lá giảm dần nên cường độ phát thải khí CH4 giảm và nhỏ nhất ở các thời kỳ ngậm sữa, chắc xanh đến chín vàng (giai đoạn cuối).
Rút nước để đất khô giữa vụ làm giảm lượng phát thải CH4 trong ruộng lúa (Yagi, 1997). Li and Barker (2004), cũng cho thấy để nước khô giữa vụ một lần giảm phát thải CH4 là 40% và nếu để khô 2 lần, CH4 giảm 48% so với ruộng lúa ngập liên tục. Tuy nhiên, Helen and Smith (2010) cho rằng cần duy trì để oxy hóa khử giữa -100 và +200 mV để ngăn ngừa sự sản sinh CH4 và mức độ khử đủ thấp để khử N2O thành N2. Việc áp dụng rơm rạ làm tăng đáng kể phát thải khí CH4 từ cánh đồng lúa, không phân biệt các loại đất, mùa và giống lúa. Hiệu quả của ứng dụng rơm rạ trên CH4 phát thải chủ yếu được quan sát thấy trong nửa đầu của thời kỳ tăng trưởng lúa, theo báo cáo của Watanabe et al. (1984).