植物營養學是研究植物生長繁殖所必需的化學元素和化合物、植物新陳代謝及其對外供給的學科。 如果沒有它，植物就無法完成正常的生命周期，或者該元素是某些必需植物成分或代謝物的一部分。 這符合 Justus von Liebig 的最小定律。 總的必需植物養分包括 17 種不同的元素：從空氣中吸收的碳、氧和氫，而包括氮在內的其他養分通常從土壤中獲取（一些寄生或食肉植物除外）。

植物必須從其生長介質中獲取以下礦物質營養素：

• 常量營養素：氮 (N)、磷 (P)、鉀 (K)、鈣 (Ca)、硫 (S)、鎂 (Mg)、碳 (C)、氧 (O)、氫 (H)
• 微量營養素（或微量礦物質）：鐵 (Fe)、硼 (B)、氯 (Cl)、錳 (Mn)、鋅 (Zn)、銅 (Cu)、鉬 (Mo)、鎳 (Ni)

這些元素以鹽的形式留在土壤下面，因此植物以離子的形式吸收這些元素。 宏量營養素被大量吸收； 按干物質重量計算，氫、氧、氮和碳占植物全部生物量的 95% 以上。 微量營養素存在于植物組織中，其含量以百萬分之幾計，范圍為 0.1 至 200 ppm，或低于干重的 0.02%。

世界上大多數土壤條件都可以為適應該氣候的植物和土壤提供完整生命周期的充足營養，而無需添加養分作為肥料。 然而，如果土壤被種植，則有必要通過添加肥料來人為地改變土壤肥力，以促進旺盛的生長并增加或維持產量。 這樣做是因為，即使有足夠的水和光照，營養不足也會限制生長和作物產量。

碳、氫和氧是植物從空氣和水中獲得的基本養分。 Justus von Liebig 在 1840 年證明植物需要氮、鉀和磷。 李比希最小值定律指出植物的生長受到營養缺乏的限制。 1939 年，Arnon 和 Stout 在土壤以外的介質中進行植物栽培，證明鉬對番茄生長至關重要。

植物通過根部從土壤中吸收必需元素，通過葉子從空氣中吸收必需元素。 土壤中的養分吸收是通過陽離子交換實現的，其中根毛通過質子泵將氫離子 (H+) 泵入土壤。 這些氫離子置換附著在帶負電荷的土壤顆粒上的陽離子，從而使陽離子可被根部吸收。 在葉子中，氣孔打開以吸收二氧化碳并排出氧氣。 二氧化碳分子用作光合作用中的碳源。

根，尤其是根毛，是吸收養分的重要器官。 根的結構和構造可以改變養分吸收的速度。 營養離子被輸送到根的中心，即中柱，以便營養物質到達導電組織、木質部和韌皮部。 里海帶是位于石碑外但位于根部的細胞壁，可防止水和養分被動流動，有助于調節養分和水的吸收。 木質部在植物中移動水和礦物離子，韌皮部負責有機分子的運輸。 水勢在植物的養分吸收中起著關鍵作用。 如果植物中的水勢比周圍土壤更負，則養分將從溶質濃度較高的區域（土壤中）移動到溶質濃度較低的區域（植物中）。

植物通過根部吸收養分的三種基本方式：

• 當非極性分子（例如 O2、CO2 和 NH3）遵循濃度梯度，在不使用轉運蛋白的情況下被動地穿過細胞脂質雙層膜時，就會發生簡單擴散。
• 易化擴散是指溶質或離子在濃度梯度下的快速移動，由轉運蛋白促進。
• 主動運輸是細胞吸收濃度梯度的離子或分子； 這需要一種能源（通常是 ATP）來驅動分子泵，使離子或分子穿過膜。

養分可以在植物中移動到最需要它們的地方。 例如，植物會嘗試向其幼葉提供比老葉更多的養分。 當養分在植物中流動時，任何缺乏的癥狀首先會在老葉上顯現出來。 然而，并不是所有的營養素都具有同等的流動性。 氮、磷和鉀是流動性養分，而其他元素則具有不同程度的流動性。