芝麻需氮量虽不太多，但土壤中普遍含氮量少，增施氮素肥料一般都有增产效果。芝麻需钾量最多，施用钾肥有增产效果，但土壤中钾素含量较高，因而缺钾的现象往往表露不很明显。芝麻需磷量在三要素中为最少，然而在缺磷的土壤中施用磷肥效果就非常显著。由于芝麻对三要素的吸收利用并不是孤立地进行的，所以氮、磷配合，氮、钾配合或氮、磷、钾共同配合施用往往比单一施用某种元素肥料增产效果要好。
2、 氮磷钾对芝麻生长发育的作用
（1） 氮素的作用
氮素供应充足，能促进蛋白质与叶绿素的合成，提高光合作用的效率，促进芝麻迅速生长，茎叶茂盛，蓟多粒饱，干物质的累积增加。吸收氮素最多的时期也是干物质累积最多的时期。
从发育阶段看，出苗到初花阶段茎叶的含氮量较高，为3.1~3.96%；盛花期后，种子开始大量形成，种子发育成熟需用的氮亲量增加，这时茎叶内的氮素逐渐转运到籽粒中去，因而茎叶的含氮量逐渐下降，在盛花期减少为2.72%；封顶期减少为2.25%，而子粒的含氮量却高达4.01%。
改善芝麻的氮素营养，在开花前可使营养器官繁茂，开花后，则能促进繁殖器官的形成而增加产量。湖北、河南、河北等省用氮素化肥作追肥时，多施用在菌期和初花期。江西、四川等省常在播种后顺行浇施人粪尿，广东省有用硫酸铵、人畜尿没种、拌种的习惯。实践证明，这些措施都有不同程度的壮苗、增蓟、饱粒的作用。
（2）磷素的作用
磷素能直接影响植物的呼吸、碳水化合物的分解与转化；以及氮素的代谢过程。在苗期，能促进根毛的发育，增强根系的生活能力；在发育的中后期可提高植株对氮素的利用率。增施磷肥可促使结增多，千粒重提高，含油量增加。
综合各地试验的结果，每增施1斤磷肥可增产0.3~0.8斤芝麻，千粒重增加0.1~0.4克，含油量提高1%左右。所以，到封顶期种子中的含磷量显著地高于盛花期未发育完全的种子含磷量，而茎、叶、壳的含磷量比盛花期降低。
在我国南方磷素比较缺乏的酸性土壤上，施用磷肥效果更为显著。例如，江西省进贤县的红壤荒地，全磷含量一般只有0.06~0.09%，由于长期施用骨粉、钙镁磷等磷素肥料不仅使土壤全磷含量提高了一倍，而且对土壤氮素的累积起到很好的促进作用，对芝麻、麦类、大豆、棉花等作物都有极为明显的增产效果。
