土壤中的礦質營養元素在生物和化學作用下的變化過程。除碳、氫、氧、氮以外，硫、磷、鐵、錳、鉀、鈣、鎂、鉬、鋅、硼、鈷、銅等礦質元素也是動、植物細胞的重要成分。植物需要磷、鉀的量較大，鈣、鎂、硫次之，鐵、鉬、錳、鋅等屬微量元素。
硫的轉化 土壤一般含硫0.1～0.5％，有機硫約占總硫量的50～75％，存在於動物、植物、微生物殘體及腐殖質中。硫及硫化物在土壤中不斷被生物合成和分解，，氧化和還原，構成硫的循環（見圖）。
植物和微生物吸收硫酸鹽並進而同化為含硫氨基酸、硫脂及其他有機硫化物。動、植物殘體進入土壤後，有機含硫化合物被多種微生物分解。所有分解蛋白質及氨基酸的微生物（見氨化作用）在分解含硫氨基酸時，除釋放氨外，在通氣條件下，還能產生硫酸鹽；在通氣不良時，則可生成硫化氫或硫醇。
還原性硫化物或單質硫經微生物氧化，形成硫酸鹽（見表）。氧化硫的細菌使環境變酸，可增加其他元素的可溶性。
硫氧化微生物的特性及作用方式
在厭氧條件下，脫硫弧菌等將硫酸鹽還原為硫化氫。其作用方式如下：
硫化氫對有機體（包括植物）有毒害作用。
磷的轉化 土壤中的磷存在於有機化合物及無機化合物中，總磷量為400～1200毫克／千克土，但植物能利用的可溶性磷酸鹽不到總磷量的5％，所以農田中經常缺磷。無機磷進入土壤很容易被固結，形成難溶性鈣鹽或鐵鉛磷酸鹽。解決土壤中缺乏可利用磷的關鍵性問題，微生物在促進難溶性磷酸鹽溶解和有機磷迅速礦化方面能起積極作用。
土壤中有很多微生物代謝產酸，可促進難溶性磷酸鹽溶解，溶磷能力較強的有假單胞菌、分枝桿菌、微球菌、芽孢桿菌等屬中的一些種和青黴、曲黴、鐮刀菌等屬真菌。這些微生物產多元有機酸（如檸檬酸），可與鈣、鎂、鐵等離子進行整合作用，增加難溶無機磷化物的溶解度。硝化細菌和硫氧化細菌產生的硝酸與硫酸，有利於巖石礦物中磷酸的釋放。此外，溶解性較低的磷酸高鐵鹽在厭氧條件下還原成亞鐵鹽，而細菌作用產生的硫化氫與磷酸亞鐵作用生成硫化鐵，釋放出磷酸。
土壤中的有機磷化物主要有核酸、磷脂和植酸鈣鎂。大量腐生微生物能迅速分解核酸和磷脂，釋放出磷酸。分解能力較強的有黑曲黴、巨大芽孢桿菌和某些假單胞菌。土壤中分離得到的微生物盡管有30～50％的菌株具分解植酸鈣鎂的能力，可能是因為它與粘土礦物結合在一起的原因而分解緩慢。
鐵的轉化 多種微生物能氧化亞鐵化合物並從中取得能量，這些微生物分屬不同類群，通稱鐵細菌，如氧化亞鐵硫桿菌、纖發菌和泉發菌。在通氣不良的土壤中，微生物分解有機質產生大量的還原性物質，降低氧化還原電位，間接地促進土壤中3價鐵還原。動、植物殘體的含鐵有機質由微生物分解並將鐵釋放。
錳在土壤中以2價(Mn2+)和4價(Mn4+)狀態存在，還原態的2價錳可溶性，能被植物吸收利用，氧化態的4價錳不溶解。土壤中錳的轉化決定於微生物、土壤酸度、氧和有機質的含量。許多微生物能氧化錳，在缺氧及酸性條件下，常有利於還原作用；在堿性條件下有利於氧化作用。所以植物缺錳常與堿性環境有關，在缺氧、有機質多時，還原作用過強，也可能造成植物錳中毒。
鉀大量存在於黑雲母、白雲母、正長石等礦物中，在微生物代謝作用影響下，可將鉀從礦物中釋放出來。鉀也隨動、植物殘體進入土壤。