O feijão-caupi tem sido cultivado de forma rudimentar nas principais regiões produtoras do Brasil, ocasionando baixas produtividades de grãos, em comparação ao potencial da cultura. A utilização de tecnologias como regimes hídricos, densidade de plantas e manejo adequado do solo são alternativas para aumentar os rendimentos dessa cultura. Objetivou-se avaliar os efeitos de regimes hídricos e densidades de plantas sobre os componentes de produção, produtividade de grãos, índice de área foliar e as trocas gasosas de uma variedade de feijão-caupi de porte ereto, BRS Itaim, em sistemas de cultivo convencional e direto. O experimento foi conduzido na Embrapa Meio Norte, Teresina-PI, de junho a agosto de 2016. O solo é um Argissolo Vermelho-Amarelo de textura média. Utilizou-se delineamento em blocos casualizados, em parcelas subdivididas, com quatro repetições. Os tratamentos foram cinco regimes hídricos nas parcelas (157,00 mm; 189,00 mm; 234,00 mm; 274,00 mm; 320,00 mm) e cinco densidades de plantas como subparcelas (12; 16; 20; 24 e 28 plantas m-2). As variáveis analisadas foram: número de vagens por planta, número de vagens por área, número de grãos por vagem, comprimento de vagens, produtividade de grãos, eficiência do uso da água e as trocas gasosas. No plantio convencional, a máxima produtividade de grãos (1.166,36 kg ha-1) foi obtida com uma lâmina de 320 mm associada à densidade de 28 plantas m-2. No plantio direto, a máxima produtividade de grãos (1.610, 99 kg ha-1) foi obtida com a lâmina de 270 mm associada à densidade de 28 plantas m-2. A fotossíntese, condutância estomática e transpiração são afetadas significativamente pelos regimes hídricos, reduzindo seus valores sob déficit hídrico.