Nhu cầu dinh dưỡng của cây lúa hay nói cách khác là các chất dinh dưỡng cần thiết, không thể thiếu được đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa bao gồm: đạm (N), lân (P), kali (K), vôi, sắt, kẽm, đồng, magiê, mangan, mô-líp-đen, bo, silic, lưu huỳnh và các-bon, ô-xy, hyđrô. Tất cả các chất trên đây (trừ các-bon, ô-xy, hyđrô) phân bón đều có thể cung cấp được. Có nhiều chất dinh dưỡng khoáng mà cây lúa cần, nhưng 3 yếu tố dinh dưỡng mà cây lúa cần với lượng lớn là: đạm, lân và kali là những chất cần thiết cho những quá trình sống diễn ra trong cây lúa. Các nguyên tố khoáng còn lại, cây lúa cần với lượng rất ít và hầu như đã có sẵn ở trong đất, nếu thiếu thì tuỳ theo điều kiện cụ thể mà bón bổ sung.

Phân bón có vai trò tối quan trọng trong quá trình sinh trưởng, phát triển của cây lúa, nó cần thiết cho suốt quá trình phát triển, từ giai đoạn mạ cho đến lúc thu hoạch. Cùng với các yếu tố năng lượng khác, phân bón cung cấp cho cây là nguồn nguyên liệu để tái tạo ra các chất dinh dưỡng như: tinh bột, chất đường, chất béo, prôtêin… Ngoài ra chúng còn giữ vai trò duy trì sự sống của toàn bộ cây lúa, không có nguồn dinh dưỡng thì cây lúa sẽ chết, không thể tồn tại.

Các yếu tố dinh dưỡng trong phân bón cung cấp cho cây lúa có vai trò khác nhau, với hàm lượng cung cấp khác nhau trong quá trình sinh trưởng, phát triển của cây lúa. Vì vậy việc bón phân, bổ sung dinh dưỡng cho lúa người ta đã nghiên cứu và đưa ra những công thức bón phân hợp lý cho từng giống lúa, cho từng gia đoạn sinh trưởng, phát triển, theo từng điều kiện đất đai, khí hậu... cụ thể.

Theo nghiên cứu, để có năng suất 5 tấn hạt/ha/vụ thì lượng các chất dinh dưỡng chủ yếu cây lúa hút từ đất và phân bón là: 110kg N, 34kg P2O5, 156kg K2O, 23kg MgO, 20kg CaO, 5kg S, 3,2kg Fe, 2 kg Mn, 200g Zn, 150g B, 250g Si và 25gCl. Tuy nhiên không phải cứ bón bao nhiêu phân bón trong đất là cây lúa hút hết được, trong thực tế, cây lúa chỉ hút được khoảng 2/3 - 3/4 lượng phân bón, còn lại bị trông theo nước, bốc hơi và tồn dư trong đất.