La sequía es un factor importante que limita el crecimiento y el rendimiento de los cultivos. Mejorar la resistencia a la sequía es una estrategia importante para mantener rendimientos más altos, con énfasis en el desarrollo de cultivares tolerantes a la sequía. En este estudio, se seleccionaron 19 variedades de sorgo de fuentes tanto nacionales como internacionales como materiales experimentales. En la etapa de plántula, se investigaron 11 rasgos fenotípicos tanto aéreos como subterráneos. Bajo una concentración de 25% de PEG-6000, se evaluó la tolerancia a la sequía durante la etapa de plántula utilizando análisis diferenciales, como análisis de correlación, análisis de componentes principales (PCA), análisis de función de membresía, análisis de regresión y análisis de clúster. Los resultados actuales demuestran que el análisis de componentes principales podría representar el 77.18% de los datos de los 11 indicadores originales. La longitud total de la raíz, el diámetro del tallo y el área foliar se identificaron como los principales indicadores de evaluación para la tolerancia a la sequía en plántulas de sorgo. Además, basándose en las puntuaciones de los componentes principales (F) y los valores de métricas de tolerancia a la sequía (D), las 19 variedades de sorgo se clasificaron en tres categorías a través de un análisis de clúster sistemático: dos variedades se clasificaron como altamente tolerantes a la sequía, nueve como moderadamente tolerantes a la sequía y ocho como sensibles a la sequía. Dos variedades, como Longza 24 y Jinza 12, se identificaron como tolerantes a la sequía durante la etapa de plántula y pueden servir como recursos valiosos para evaluar la tolerancia a la sequía a lo largo de todo el período de crecimiento y para mejoras en la crianza. Por lo tanto, este estudio estableció un método de evaluación de tolerancia a la sequía integrando indicadores de rasgos fenotípicos aéreos y subterráneos, proporcionando apoyo teórico para la identificación de sorgo tolerante a la sequía.