Trong các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp tổng hợp và liên hoàn nhằm tăng năng suất và chất lượng thuốc lá, phân bón giữ một vị trí cực kỳ quan trọng. Hiệu quả của sản xuất thuốc lá không những chỉ phụ thuộc vào năng suất mà còn phụ thuộc vào chất lượng sản phẫm. Nếu như bất kỳ một sự tăng sản nào dẫn đến thiệt hại về chất lượng thì sự tăng sản ấy đều không có ý nghĩa. Muốn có một tấn lá khô, cây thuốc lá cần lấy đi từ đất một lượng dinh dưỡng khá lớn: Từ 30 đến 35 kg Nitrogene, 25 đến 30 kg Phosphorus, 50 đến 70 kg Potassium và một số nguyên tố vi lượng khác. Lượng dinh dưỡng có trong cây để tạo thành các vật chất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: khả năng trao đổi chất của cây, lượng dinh dưỡng tiềm tàn trong đất, nguồn phân bón bổ xung, các quá trình vi sinh trong đất, khả năng hấp phụ các nguyên tố của các keo đất, sự rửa trôi dinh dưỡng,...Vì vậy, một chế độ phân bón hợp lý cho từng giống thuốc lá phải hoàn toàn gắn liền với điều kiện đất đai, khí hậu của từng vùng.
Trong các loại cây trồng, thuốc lá là cây rất dễ thích ứng và nhạy cảm với phân bón. Ngoài các yếu tố để tăng sản, phân bón ảnh hưởng rất sâu sắc đến phẩm chất thuốc lá và nó được xem như là một yếu tố điều chỉnh phẩm chất. Ở cả hai mặt, thiếu và thừa phân bón đều dẫn đến hiệu quả kém, thừa phân bón hoặc tỉ lệ phối hợp không cân đối, ngoài việc giảm chất lượng nó còn làm cho cây thuốc lá kém sức đề kháng với những điều kiện bất lợi như chống hạn kém, dễ bị nhiễm sâu bệnh,...
Mỗi giống thuốc lá đều có nhu cầu dinh dưỡng khác nhau. Thuốc lá được trồng trên nhiều loại đất khác nhau, từ đất nghèo đến đất giàu dinh dưỡng nhưng phần lớn đất trồng thuốc lá đòi hỏi tính chất đất nhẹ là thích hợp nhất. Trong 3 yếu tố dinh dưỡng chính của cây thuốc lá nhu cầu cần nhiều nhất là Kali, Đạm và Lân. Mỗi một thành phần dinh dưỡng đều có tác dụng độc lập và tác dụng tương hỗ để thúc đẩy sinh trưởng và phát triển của cây thuốc lá.
Như các cây trồng khác, đạm là cơ sở của sự sống thực vật. Đối với thuốc lá, đặc biệt là thuốc lá vàng sấy, vượt qua giới hạn của sự cân bằng đạm đều không có lợi về kinh tế. Thiếu đạm, cây thuốc lá còi cọc, yếu ớt, cây có màu vàng úa và sinh trưởng chậm. Triệu chứng thiếu đạm thường biểu hiện đầu tiên ở tầng lá dưới, lá chuyển vàng sớm. Tiếp theo sự kiện vàng trầm trọng là cháy hoặc khô và lá có màu nâu sáng. Lá bị chín ép trong khi thực tế chúng còn non và sau khi sấy lá thuốc có lớp dầu, độ đàn hồi kém và thiếu hương vị. Thừa đạm thường làm cho lá thuốc có màu xanh tối, kích thước lá lớn, lá thô ráp, mặt lá xù xì và rất khó chuyển màu vàng trong khi sấy. Sau khi sấy, lá thường có màu nâu đỏ hoặc nâu tối, lá dòn nát, gân thô.
Cây thuốc lá rất dễ nhiễm bệnh khi thừa đạm. Thành phần hoá học của lá xấu đi: lượng hydratcarbon giảm đi, lượng protein tăng lên và kèm theo hàng loạt các chỉ tiêu chất lượng khác của thuốc lá rất kém. Do ảnh hưởng của việc thừa đạm, thời gian sinh trưởng của cây kéo dài, quá trình chín kỹ thuật chậm. Để đạt được yêu cầu nguyên liệu cho việc chế biến thuốc điếu, việc bón đạm phải tùy thuộc vào loại đất, nghĩa là yêu cầu kế hoạch phân bón cần dựa trên kết quả phân tích đất, độ sâu của tầng canh tác, vũ lượng hoặc sự rửa trôi đạm do quá trình tưới.
Lân có tác dụng kích thích sự phát triển của rễ, tăng năng suất, xúc tiến việc
chín sớm và cải thiện phẩm chất. Lân giữ vai trò quan trọng trong việc chuyển hoá hydratcarbon trong cây, có tác dụng tốt đến kết cấu lý học của lá thuốc cũng như lá có màu vàng sáng. Ảnh hưởng của sự thiếu lân trên cây không rõ như thiếu đạm và thường khó nhận thấy trên đồng ruộng. Khi thiếu lân trầm trọng, lá có màu xanh đậm, kích thước lá nhỏ, lá đứng thẳng. Chính những biểu hiện như vậy cũng không phải dễ dàng nhận biết được trên đồng ruộng.
Thiếu lân thể hiện qua việc giảm năng suất và chất lượng. Ở thời kỳ đầu sinh trưởng cây cần đủ lượng lân dễ tiêu. Với các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay cho thấy tích lũy lân là đặc điểm chủ yếu của cây con. Trong quá trình tăng trưởng có sự chuyễn nhanh thành phần lân trong lá. Các yếu tố như nhiệt độ đất, độ pH đất, độ ẩm,...đã ảnh hưởng đến tích lũy lân trong cây. Thí dụ bón đạm ở dạng NH4 có tác
dụng kích thích sự tích lũy lân trong cây. Những lá bị thiếu lân rõ rệt hoặc trầm trọng thường dễ nhiễm bệnh đốm nâu (Alternaria Spp.)
Kali là loại nguyên tố mà cây thuốc lá yêu cầu nhiều nhất so với các nguyên tố
khác cần thiết cho cây. Kali có tác dụng đến sinh trưởng đồng thời có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thuốc lá. Dấu hiệu đầu tiên của việc thiếu Kali là ngọn lá bị đốm vàng, sau đó chuyển qua màu nâu hoặc màu rỉ sắt. Tiếp đến, mép lá cũng có những dấu hiệu tương tự. Khi thiếu Kali lá thường thô, phiến lá nhăn, mép lá quăn xuống và có những đốm đỏ nhạt xuất hiện trên lá. Đôi khi thiếu kali còn biểu hiện ở dấu hiệu khác: lá bị hóa nâu từ trên xuống, từ ngoài vào trong qua mép lá và ngọn lá. Sau khi sấy, lá thuốc cho màu sắc xấu, độ cháy kém, ngay cả khi thiếu ít kali cũng làm cho độ cháy giảm. Kali được xem như là một yếu tố quan trọng trong việc tạo thành hydratcarbon, sự có mặt của nó giúp cho men Incertase xúc tiến việc tổng hợp các loại đường và tinh bột trong lá thuốc lá. Thuốc vàng sấy có phẩm chất cao không thể thiếu được sự tích lũy nhiều Kali cũng như lượng hydratcarbon trong lá.
Ngoài yêu cầu về Đạm, Lân và Kali, cây thuốc lá còn cần một số nguyên tố vi lượng hoặc là phân đa lượng khác được sử dụng trên quan điểm vi lượng. Trong những loại đất bạc màu, đất bị rửa trôi mạnh, đất không được bón phân hữu cơ,... thường thiếu các nguyên tố vi lượng.
Thiếu Magnesium, lá có màu trắng vì diệp lục không thể được tạo thành ở phiến lá, người ta còn gọi là cây bị "ngập cát" vì nó thường xảy ra ở những nơi đất trồng thuốc lá có thành phần cát nhiều. Triệu chứng thiếu Magnesium bắt đầu xuất hiện ở những lá gốc, sau đó lan dần lên những lá tầng trên. Trên lá, sự mất màu xanh bắt đầu từ ngọn lá, mép lá, lan dần vào toàn phiến lá, chỉ còn lại phần gân lá giữ được màu xanh trong một thời gian nhất định. Lá thường khô, nhỏ, độ đàn hồi kém và tro xấu khi thiếu Magnesium. Lượng Magnesium trong đất có ít nhất là 0,25% thì chưa xuất hiện triệu chứng thiếu Magnesium.
Hàm lượng Chlor ở trong lá thuốc thấp để tránh tác hại xấu đối với độ cháy. Triệu chứng thừa chlor là: lá dày, khô dòn, mép lá cong lại, màu lá có vẻ sáng hoặc láng. Tuy nhiên thuốc lá cũng cần một hàm lượng chlor để cây sinh trưởng và cho chất luợng bình thường. Vì thế một số nơi như ở Hoa Kỳ có khuyến cáo bón phân chlor hoặc phân chlorur kali với điều kiện không quá 20kg Cl/ ha.
Dấu hiệu chính của việc thiếu Boron là đọt non bị xoắn lại, dị hình hoặc chết, những lá phía dưới đọt chuyển màu xanh nhạt, sau đó chuyển nâu hoặc khô. Cây ngừng lớn, chồi nách phát triển mạnh và cùng có một triệu chứng như đọt non. Một số lá trên cây biến dạng, phiến lá phồng lên, từ ngọn lá đến giữa lá bị xoắn vặn lại, lá trỡ nên dòn, cứng. Khi bón nhiều Kali, cây hấp thu Bo bị cản trở, đó cũng là một nguyên nhân gây ra sự thiếu hụt đó. Mặc dù Bo rất cần thiết cho cây nhưng nó là độc tố của cây trồng nên khi sử dụng cần thiết phải được nghiên cứu cẩn thận. Khi đã xác định rõ triệu chứng thiếu Bo, cần bón thêm 0,5kg Bo/ ha. Các tài liệu được tìm thấy bất cứ ở đâu nếu bón thiếu 1kg Bo/ ha đều dẫn đến tổn thất.
Lưu huỳnh là nguyên tố cần thiết cho cây thuốc lá nhưng nếu quá thừa cũng có tác hại đến phẩm chất, mặc dù ảnh hưởng của lưu huỳnh đối với độ cháy ít hơn chlor. Trong điều kiện bình thường lượng lưu huỳnh ở dạng SO3 không vượt quá 6,5% nhưng có thể vượt quá giới hạn này nếu bón các loại phân khoáng có hàm lượng Sulfate cao như: Sulfate Ammonium, Sulfate Potassium, Super phosphate đơn,...Thông thường việc sử dụng Sulfate Potassium không làm tăng lượng lưu huỳnh trong lá nhưng nó có thể nguy hiểm vì thừa Sulfure, do đó việc sử dụng Nitrate Potassium cho thuốc lá thích hợp hơn dùng Sulfate Potassium.
Đồng và Molipden củng có ảnh hưởng đáng kể đến việc trao đổi đạm và
hydratcarbon trong quá trình sinh trưởng và các quá trình hoá sinh trong khi sơ chế cũng như lên men thuốc lá.
Ngoài yếu tố Calci cần cho dinh dưỡng cây thuốc lá, việc xử dụng vôi nhằm trung hoà độ chua của đất, cải tạo tính chất lý học của đất, diệt được một số nguồn bệnh trong đất có nguy cơ gây hại cho cây thuốc lá. Đất trồng thuốc lá thích hợp trong khoảng pH từ 5,5 đến 6,0; do vậy trước khi trồng cần thiết phải phân tích mẫu đất để kiểm tra lại độ pH đất.
Cần lưu ý: Vôi hiện nay đang sử dụng có hàm lượng CaO rất thấp, do vậy, nếu muốn tăng độ pH lên 1 đơn vị, cần thiết vôi được sử dụng là 1 tấn cho 1 Ha. Vôi được xử dụng là loại vôi tốt, có hàm lượng CaO đạt tối thiểu là 36%. Ngoài ra việc sử dụng vôi cải tạo đất lệ thuộc rất lớn về tính chất lý-hóa của đất, do vậy khi sử dụng vôi cần quan tâm đến vấn đề nầy để tính lượng vôi cần dùng.