Las plantas toman agua por medio de sus raíces y la distribuyen a través de sus tejidos utilizando un sistema de vasos conocidos como xilema. Sin embargo, la mayoría de las plantas únicamente utilizan cerca del 1% del agua que toman. El resto se escapa hacia la atmósfera en forma de vapor de agua en un proceso conocido como transpiración. La transpiración ocurre principalmente mediante las hojas. Los tallos también transpiran aunque en una menor proporción. Los cactus minimizan la transpiración haciendo sus hojas duras y pequeñas; las espinas en realidad son las hojas modificadas.
Las espinas tienen otros propósitos para los cactus. Por ejemplo, las espinas desalientan a los animales de comerse el cactus. Esta es una función importante puesto que otra de las formas de adaptación y supervivencia a la sequía observada en los cactus es la jugosidad del tallo, o la presencia de tejidos especializados en el tallo del cactus que almacenan el agua. Sin las espinas protectoras, los animales sedientos del desierto tendrían un abastecimiento de agua listo en forma de cactus. Las pocas especies de cactus que no tienen prominentes espinas por lo regular producen sustancias tóxicas para repeler a los herbívoros.
Aunque la falta de agua es el reto principal para los cactus, la temperatura también es una preocupación importante. Minimizar la transpiración le permite a la planta almacenar agua pero además minimiza la estrategia principal de la planta para refrescarse. Las espinas reflejan los rayos del sol, especialmente en las especies con una gran cantidad de espinas, tal como la cholla. Algunos cactus reciben sombra de eso que parece ser una gruesa capa de pelaje, aunque estos pelos en realidad son espinas largas y filamentosas.