植物需要的三种主要营养素是
氮、磷和钾
氮是蛋白质、核酸和磷脂的主要成分，也是原生质、细胞核和生物膜的重要组成部分，在生命活动中起着特殊的作用。因此，氮被称为生命的元素。氮也参与酶和许多辅酶以及辅助基团如NAD+、NADP+和FAD的组成。氮也是一些植物激素如生长素、细胞分裂素和维生素如B1、B2、B6和PP的成分，它们在调节生命活动中起重要作用。此外，氮是叶绿素的组成成分，与光合作用密切相关。因为氮具有上述功能，所以氮的多少会直接影响细胞的分裂和生长。氮肥供应充足时，植株枝叶繁茂，身材高大，分蘖(分枝)能力强，籽粒蛋白质含量高。在植物的必需元素中，除碳、氢、氧外，最需要的是氮，所以在农业生产中要特别注意氮肥的供应。常用的肥料如人粪尿、尿素、硝酸铵、硫酸铵、碳酸氢铵等主要供给氮素营养。
缺氮时，蛋白质、核酸、磷脂等物质合成受阻，植株生长矮小，分枝少，分蘖少，叶片小而薄，花少果少，易脱落；缺氮还会影响叶绿素的合成，使枝叶变黄，叶片过早甚至干枯，导致产量下降。由于氮素在植物体内的流动性很大，老叶中的氮素分解后可以转运到幼嫩组织中再利用，所以缺氮时，叶片变黄，从下部叶片逐渐上升，这是缺氮症状的显著特征。
氮素过多时，叶片大而深绿色，柔软疏松，植株白长。另外，氮素过多时，植株体内糖分含量相对不足，茎内机械组织不发达，容易引起倒伏和病虫害。
(2)磷
磷主要以H2PO-4或HPO2-4的形式被植物吸收。这两种形态的吸附量取决于土壤pH，当pH < 7时，H2PO-44占多数；当pH > 7时，有更多的H2PO-4。磷进入根系或通过木质部运输到枝叶时，大部分转化为糖磷脂、核苷酸、核酸、磷脂等有机物。，其中一部分仍以无机磷的形式存在。磷在植物中的分布是不均匀的，根和茎的生长点多，嫩叶比老叶多，果实和种子更丰富。
磷是核酸、核蛋白和磷脂的主要成分，与蛋白质合成、细胞分裂和细胞生长密切相关。磷是许多辅酶的成分，如NAD+和NADP+，它们参与光合作用和呼吸作用。磷是AMP、ADP和ATP的成分；磷也参与碳水化合物的代谢和运输。比如在光合作用和呼吸作用的过程中，糖的合成、转化和降解大多是磷酸化后发生反应；磷在氮代谢中也起着重要作用。比如NAD+和FAD参与硝酸还原，磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺参与氨基酸转化。磷还与脂肪转化有关，脂肪代谢需要NADPH、ATP、CoA和NAD+的参与。
由于磷参与许多代谢过程，在生命活动最旺盛的分生组织中含量较高，施磷对分蘖、分枝和根系生长都有良好的作用。由于磷促进碳水化合物的合成、转化和运输，有利于种子、块茎和块茎的生长，所以马铃薯、甘薯和谷类作物施磷后增产效果明显。由于磷氮关系密切，缺氮时磷肥的作用不能充分发挥。只有氮磷配合施用，才能充分发挥磷肥的作用。总之，磷对植物的生长发育起着很大的作用，是仅次于氮的第二重要元素。
缺磷会影响细胞分裂，使分蘖枝减少，芽和幼叶停止生长，茎和根变细，植株变矮，花和果实脱落，推迟成熟；缺磷时，蛋白质的合成减少，糖的运输受阻，使营养器官中的糖含量相对增加，有利于花青素的形成。因此，缺磷时，叶片出现异常的深绿色或紫红色，是缺磷症。
磷在体内容易移动，可以重复利用。缺磷时，老叶中的大部分磷可以转移到正在生长的幼叶组织中。因此，缺磷症状首先出现在下部老叶，并逐渐向上发展。
磷肥过多时，叶片上会出现小的焦斑，这是磷酸钙沉淀造成的；磷过多还会阻碍植物对硅的吸收，容易导致水稻病害。水溶性磷酸盐还能与土壤中的锌结合，降低锌的有效性，所以磷过多容易引起缺锌。
⑶钾
钾在土壤中以KCl、K2SO4等盐的形式存在，在水中离解成K+，被根系吸收。钾在植物中处于离子状态。钾主要集中在生命最旺盛的部位，如生长点、形成层和幼叶。
钾可作为细胞内60多种酶的激活剂，如丙酮酸激酶、果糖激酶、苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、淀粉合成酶、琥珀酰辅酶a合成酶、谷胱甘肽合成酶等。因此，钾在碳水化合物代谢、呼吸和蛋白质代谢中起着重要的作用。
钾可以促进蛋白质的合成。当钾充足时，会形成更多的蛋白质，从而减少可溶性氮。钾和蛋白质在植物体内的分布是一致的，比如在生长点、形成层等富含蛋白质的部位，钾离子的含量也很高。富含蛋白质的豆科植物种子中钾的含量高于禾本科植物。
钾与糖的合成有关。大麦和豌豆苗缺钾时，淀粉和蔗糖合成缓慢，导致单糖积累。钾肥充足时，蔗糖、淀粉、纤维素和木质素含量较高，但葡萄糖积累较少。钾还能促进糖向贮藏器官的运输，所以富含糖的贮藏器官(如马铃薯块茎、甜菜根和淀粉种子)中钾的含量较多。此外，韧皮部汁液中含有高浓度的K+，约占韧皮部阳离子总量的80%。因此，推测K+对韧皮部运输也有影响。
K+是细胞渗透势的重要组成部分。在根中，K+从薄壁细胞运输到导管，这降低了导管中的水势，并使水能够从根表面运输到木质部。K+对气孔开度有直接影响，如表2-5所示。钾离子可以扩大原胶原蛋白，因此施用钾肥可以提高作物的抗旱性。
缺钾时，植物茎秆衰弱，容易倒伏，抗旱抗寒能力降低，叶片失水，蛋白质和叶绿素被破坏，叶片变黄，逐渐死亡。缺钾有时会导致叶缘焦枯，生长缓慢的现象。因为叶子中间部分还在快速生长，所以整片叶子会形成杯状弯曲或收缩。钾也是一种容易移动和再利用的元素，所以元素的缺乏首先出现在较低的老叶。
氮、磷、钾是植物大量需要而土壤又容易缺乏的元素，因此被称为“肥料三要素”。农业上的施肥主要是满足植物对三种元素的需求。