通过营养液培养法，在营养液中系统地减去植物灰分中的某些元素，如植物不能正常生长发育，则证明减去的元素无疑是必需的。到目前为止，已经确定植物生长发育所必需的营养元素共有十六种，它们是C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S、B、Mn、Mo、Zn、Cu、Fe。除此之外，还有某些元素对某些植物的生长有良好的作用，甚至是不可缺少的，如Si对水稻是必需的，Na对甜菜、Se对紫云英是有益的。因为它们还没有被证明是所有高等植物生长发育的必需元素，因此将它们称为有益元素。十六种必需营养元素中，由于植物对它们的需要量不同，又可分为大量元素和微量元素，大量营养元素一般占植物干物质重量的百分之几十到千分之几，它们是C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S，微量营养元素的含量只占干物质重量的千分之几以下，它们是B、Mn、Mo、Zn、Cu、Fe、Cl。从来源上看，C、H、O三种元素来自于空气和水，其余13种均来自于土壤（豆类作物可固定一定数量的空气氮），因此土壤养分状况对作物生长和产量有着直接影响。其中N、P、K三种营养元素由于植物的需要量大，土壤中含量低，常常需要施肥来加以补充，因此被称为植物营养三要素或肥料三要素。