绝大多数作物生长必需矿质元素有16种，如缺少某种必须营养元素，植物就不能完成生长史。必需营养元素直接参与植物代谢作用，不能由其它营养元素代替。氮、磷、钾这3种营养元素在作物生长过程中需求量较大，但土壤所能提供的数量又比较少，在农业生产中需要通过施肥才能满足作物需求，因此，氮、磷、钾被叫做“作物营养3要素”或“肥料三要素”。
  作物生长各个时期对养分需求不同，而作物营养临界期至关重要。一般作物营养临界期在苗期，其吸收量相对于其整个生命周期中只占很小比例，却非常关键，需要通过施用基肥避免养分临界期养分缺失问题。如作物磷营养临界期多出现在幼苗期，氮营养临界期在生育前期，钾营养临界期在分蘖初期和幼穗形成期。此外，作物营养最大效率期也需要重视，此时作物对肥料吸收速度和需要绝对量都是作物生长周期中最大的，这是作物追肥最佳时期。一般作物养分最大效率期在营养生产中后期、生殖生长期之前，不同作物需肥规律有所不同。在养分最大效率期稍前或前期追肥可使肥料利用率大大提高，满足作物对养分大量需求。
  了解作物所需养分种类和时间后，还要掌握科学施肥方法，要看天、看地、看肥、看作物。气候干燥地区不宜表土施肥，且施肥点不宜离根部太远，以免作物难以吸收，气候湿润地区施肥点则不宜离根部太近，以免烧苗；砂土保水保肥性差，通气性好，施肥应少量多次，而粘土保水保肥性好，通气性差，可集中施用，土层厚可一次多施，土层薄则可分施几次；复混肥料同有机肥一起施用，肥料利用率更高，磷肥、钾肥一般用作基肥，氮肥50%以下用作基肥，50%以上用作追肥；不同作物需肥量和耐肥能力不同，浅根作物每次施肥量要小，深根作物最好分层施用，避免肥料和中指、根系直接接触。
  科学施肥要把握三个要点。首先是施肥量确定。计划施肥量=(计划产量所需养分总量～土壤供肥量)÷(肥料的养分含量×肥料利用率)；计划产量所需养分总量=计划产量×形成单位经济产量所需养分数量；土壤供肥量=无肥区产量×形成单位经济产量所需养分数量；肥料利用率=(施肥区植物地上部该元素吸收量～无肥区植物地上部该元素吸收量)÷所施肥料中该元素总量。
  其次是施肥时间。结合作物营养临界期和作物最大效率期，施肥时期可分为基肥、追肥和种肥三种主要方式。基肥指施肥时间在播种前和秧苗移栽前，满足作物整个生长期需要；追肥时间在生长时期，满足作物快速生长需要；种肥在播种时施用，促进种子萌发和幼苗生长。种肥在两种情况下施用效果较好：施肥水平较低、基肥不足；土壤贫瘠、作物苗期因低温造成养分转化慢，幼根吸收力弱，不能满足作物对养分需求。
  最后是施肥方法。撒施：播种或定植前，将肥料撒与地表，通过翻耕将肥料翻入土中做基肥，或在降雨前后、灌溉前将肥料撒入田中，让肥料随水融入土中。用于施肥量大的密植作物和根系分布广的作物。集中施：将肥料施与特定位置。用于施肥量少或肥料有限时，使土壤固定肥料；稀植作物或条播作物，土壤肥力较低，根系不发达的作物适合此法。常用方法有条施、穴施、环状施等。灌溉施肥：将肥料溶于灌溉水中，随水施入。根外追肥：将肥料配制成一定浓度溶液，喷洒在植物体上，是一种辅助施肥方式。