19 世纪初，泰伊尔的腐殖质营养学说占据主导地位。然而，当时的许多科学家以及哲学家，依然尝试通过其他途径去揭开植物究竟需要什么这一谜团。瑞典的哲学家和历史学家塞内比埃指出，在范埃尔蒙的试验里，柳树重量增加的原因是空气，而非仅仅是水。索絮尔深入研究后得知，植物能通过呼吸作用吸收氧气并放出二氧化碳。然而，在光照的情况下，植物可以吸收二氧化碳并且同时放出氧气。倘若把植物放置在无二氧化碳的环境里，它们将会死亡。同时指出，土壤供给植物的养料只是一小部分，其中包含灰分和氮素。还认为植物根系的作用不是过滤器，而是选择性的渗透膜，水分进入比盐类快。法国化学家布森高进行了各种田间小区试验和化学分析，计算出从雨水、土壤和空气中获得的植物营养元素的数量，分析了作物各生长阶段的元素组成，制作了养分平衡表。发现豆科作物可在土壤中积累氮素，指出这些氮素源自空气，提出了氮素营养学说；认为植物固定的碳来自空气，与有机肥料中的碳无关。这些试验结果和结论，有力地批驳了腐殖质营养学说，为植物营养和施肥学科的建立奠定了基础。

有机物质（腐殖质）的作用在于改良土壤，并通过分解提供矿质营养和二氧化碳。李比希提出了“归还学说”和“最小养分律”。他认为，因为持续地栽培和收获作物，会把作物从土壤中摄取的矿质营养带走，这样土壤养分就会越来越少。要是不把这些营养归还给土壤，土壤就会变得很贫瘠。所以必须把作物收获所带走的养料全部归还给土壤。这一论断为化肥工业的兴起以及化学肥料的施用奠定了理论基础。“最小养分律”认为，作物产量的高低是由最小（最缺乏）的营养因子所决定的。倘若这一因子无法得到满足，即便其他因子是充足的，作物产量也不可能有所提高。

1858 年，克诺普和萨克斯依据矿质营养学说，在由矿质盐类制成的人工营养介质上成功栽培出完全成熟的植物，这证明了矿质营养学说的成功。李比希创立的矿质营养学说以及布森高的氮素营养学说的建立，标志着植物营养与施肥学科的正式确立，在学科发展史上是一个重大的里程碑。

19 世纪 60 年代，萨克斯与克诺普提出了一种研究方法，即溶液培养。借助这种方法，植物必需的 10 种营养元素得以确定。在同一时期，俄国的化学家门捷列夫通过田间试验发现，应当依据土壤肥力来合理地分配和施用肥料。

20 世纪初，人们开始用高纯度化学药品来配制培养液。到 1954 年，氯被确定为植物必需的微量营养元素。在此之前，公认的植物必需营养元素有 15 种，分别是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼。近年又增加了镍，现在公认的植物必需营养元素已增至 16 种。与此同时，各种植物必需营养元素对于植物的营养作用以及生理功能得以进一步明确。植物必需微量营养元素被发现后，为许多早期施肥失败的现象以及不知名的植物病症找到了原因。20 世纪 20 年代，苏联有一位植物生理学家叫季米里亚捷夫。他设计出了一种专门用于研究植物营养与施肥的植物营养室。通过研究，他得出了这样的结论：肥料是植物营养的源泉，合理施肥能够改善植物体内的代谢活动，也能够增强植物对外界不良环境的抗性。同期，苏联农业化学家普里亚尼什尼柯夫以植物与生活的外界环境条件相统一为理论基础。他阐述了土壤、肥料和植物三者之间的相互关系。他强调指出，可通过合理施肥来调节营养物质在植物体内和土壤中的变化与作用。还能改善植物生长发育的内在和外界条件。最终达到提高作物产量和品质的目的。在科学技术发达的今天，这一论断对于植物营养与施肥学科的发展有着重要意义，尤其在施肥技术的发展方面，以及在植物生长因子综合理论的实践中，都具有广泛的现实意义。

李比希的矿质营养学说为化肥工业的兴起提供了理论基础。1843 年，第一种人造肥料过磷酸钙在英国开始投产。在之后的约一个半世纪里，全世界已经生产和施用了数十种化肥，这些化肥有的含有单一的植物必需营养元素，有的含有两种或两种以上的植物必需营养元素。第一次世界大战之后，化肥的生产量呈现出猛增的态势，施用量也大幅上升。同时，作物的产量有了大幅度的提升。据 FAO（1999）的报道，从 1995 年开始，全世界化肥的年总施用量已经超过了 1.37 亿 t。其中，氮肥（N）的施用量为 8200 余万 t，磷肥（P2O5）的施用量为 3300 万 t，钾肥（K2O）的施用量为 2200 万 t。

植物生理学、生物化学、生物物理学、有机高分子化学、遗传学、分子生物学等学科与植物营养学相互渗透。电子显微镜、电子探针、质谱、色谱（尤其是高效液相色谱）、核磁共振、同位素示踪、地理信息系统、电子计算机等各项技术在植物营养与施肥学科中得到应用。植物营养与施肥学科的内容变得日趋广泛，研究更为深入，还产生了一系列新兴的学科分支，像植物营养遗传、根际微环境、植物有机营养等。植物生长因子综合理论以及植物营养与施肥理论的运用，或许在近期能够实现一场新的农业革命；遗传工程以及植物营养基因工程在农业上的应用，将会给农业带来更大的变革。明确农业生态系统和农业生态平衡的概念，树立相关观点，这进一步推动了植物营养与施肥学科在综合性和宏观性方面的研究，比如养分的循环与平衡、施肥的环境效应、土壤资源的维护和改良等。这些研究将为农业的可持续发展提供可靠的保证。同时，也会使植物营养与施肥学科的理论体系日益完善，使其发展成为一门具有现代科技特征的科学。