供氮適宜時，根系生長快，根數增加，但過量供氮抑制水稻根系生長。氮素能明顯促進莖葉的生長和分蘗原基的發育，所以植株含氮量越高，葉面積生長越快，分蘗越多。氮也與小穗的分化和退化密切相關。壹般來說，適量施氮可以提高光合作用，形成更多同化產物，促進小穗分化，增大穎殼大小，從而增加穎果含量，提高粒重。
缺氮的癥狀通常表現為葉子變綠變黃。壹般從下刃開始。缺氮會阻礙葉綠素和蛋白質的合成，從而削弱光合作用，影響幹物質生產。缺氮嚴重時，細胞分化停止，表現為葉片變短，植株變瘦，分蘗能力下降，根系功能減弱。氮素過多時，葉片伸長下垂，葉色深綠，莖稈叢生，無效分蘗增多，群體趨於過度生長，導致透光不良，結實率下降，成熟期推遲，後期倒伏和病蟲害發生加重。
磷對水稻的生理效應:水稻莖葉中磷的含量壹般為0.4% ~ 1.0%。穗中磷含量較高，為0.5%-1.4%。磷是細胞質和細胞核中的重要成分之壹，直接參與糖、蛋白質和脂肪的代謝。壹些高能磷酸是儲能的主要場所。磷供應充足，水稻根系生長良好，分蘗增多，新陳代謝旺盛，抗逆性增強，促進早熟增產。磷參與能量代謝，存在於生理活性高的部位。因此，磷在細胞分裂和分生組織發育中不可或缺，苗期和分蘗期更為重要。
水稻缺磷時，植株趨於深綠色，葉片狹窄直立，下部葉片枯死，分蘗減少，根系發育不良，生長停滯，常導致水稻縮苗、紅苗現象，生育期推遲，嚴重影響產量。
鉀對水稻的生理效應:水稻不同生育期莖葉中鉀的含量約為1.5% ~ 3.5%，穗中含量較低，壹般在0.5% ~ 1%以下。鉀在植物中幾乎完全以離子形式存在，壹部分吸附在原生質中。與氮和磷不同，鉀不是原生質、脂肪和纖維素的成分。但在壹些重要的生理代謝中，如碳水化合物的分解和轉移，鉀具有催化作用，可以促進這些過程的順利進行。鉀也有助於氮代謝和蛋白質合成，所以施氮越多，需要的鉀就越多。鉀是植物中許多重要酶的激活劑。適量的鉀可以提高水稻的光合作用和增加碳水化合物含量，使細胞壁變厚，從而增強植物的抗病性和抗倒伏性。
水稻缺鉀時，根系發育停滯，容易引起根腐病。葉子變色的程度和施氮過多時差不多，只是葉子變短了。缺鉀嚴重時，首先在葉尖出現黃褐色斑點，逐漸蔓延至全葉，莖變軟，株高伸長受到抑制。鉀在植物中有很大的流動性，可以從老葉轉移到新葉。缺鉀首先出現在下部葉片。鉀不足時，澱粉、纖維素和碳水化合物減少，水稻在郁郁蔥蔥的陰涼處或光照不足時，施鉀肥後大部分長勢可得到改善。