Az ember által nem bolygatott természetben a talaj hosszú időn keresztül termőképes marad. A növények ugyan felhasználják a benne lévő ásványi anyagokat, de az elpusztult növények és állati tetemek szerves anyagait különböző, úgynevezett lebontó élőlények (férgek, gombák, baktériumok) átalakítják, és visszajuttatják a talajba. A mezőgazdaság ezt a természetesanyagkörforgalmat bontja meg, amikor a termesztett növények testének nagy részét elszállítja, értékesíti. A termőföldbe évről évre kevesebb ásványi anyag jut vissza, mivel a növény termése, virága, olykor egyéb részei (szára, gumója) nem kerülnek vissza. A környezetkímélő módszerekkel gazdálkodók ezt a szervesanyag-hiányt állati és emberi eredetű trágyával pótolják. Ezzel a módszerrel a talajban élő lebontó élőlények sem pusztulnak ki, megmarad a természetes vagy az ahhoz hasonló biológiai körforgás.

A talajt erősen kihasználó, kizsigerelő mezőgazdasági művelés oly mértékben "kiürítheti" a talaj ásványianyag-készleteit, hogy szükség lehet annak gyors és nagy mennyiségben történő pótlására. Máskor aránytalanul csökken valamelyik ion mennyisége a talajban, és ezt kell visszatáplálni.

A műtrágyák olyan szervetlen vegyületek, amelyek a talaj természetes ásványianyag-tartalmának valamely alkotórészét képesek pótolni.

A növények nagy mennyiségben használnak nitrogéntszerves anyagaik, főként fehérjéik és örökítőanyaguk felépítéséhez.

Az egyik leghatékonyabb nitrogénműtrágya a pétisó. Ennek hatóanyaga ammónium-nitrát, amelyet ammóniából és salétromsavból állítanak elő:

Az ammónia és a salétromsav ipari előállításának alapanyaga is a nitrogén és a hidrogén.

Az ammónium-nitrát színtelen (fehér), kristályos anyag, ionvegyület. Vízben kitűnően oldódik. A szilárd anyag higroszkópos, ezért levegőn tárolva apró kristályai könnyen összetapadnak. A pétisó az ammónium-nitráton kívül jelentős mennyiségű mészkőport is tartalmaz. Ez megakadályozza a kristályok összetapadását, és lehetővé teszi a műtrágya egyenletes terítését a talajon.

A talaj foszfortartalma lassabban ürül ki. A foszfátok többsége vízben rosszul oldódó vegyületek formájában van jelen a talajban. Ezekből a talaj mikroorganizmusainak anyagcseréje fokozatosan szabadítja fel a vízben jobban oldódó vegyületeket. Ha csökken a talaj foszfortartalma, akkor elegendő ezeket a rosszul oldódó foszfátokat pótolni a talajban. Erre igen alkalmas a foszforit nevű ásvány vagy az állati eredetű csontliszt. Mindkét anyag kalcium-foszfátot (Ca₃(PO₄)₂) tartalmaz.

Ha a talajba hirtelen nagy mennyiségű foszfort kell juttatni, ahhoz a vízben jól oldódó szuperfoszfát műtrágya a legalkalmasabb. A szuperfoszfátot az iparban a vízben rosszul oldódó kalcium-foszfátból tömény kénsavval állítják elő.

A kationok közül sokszor van szükség a kálium pótlására. Erre alkalmas műtrágya a vízben jól oldódókálisó (kálium-klorid, KCl), illetve a kálium-nitrogén kettős műtrágyaként használható kálisalétrom (kálium-nitrát, KNO₃). Mindkét vegyület megtalálható a természetben ásványi formában.

A túlzott műtrágyázáskörnyezetszennyezéstokoz, mert megbontja a természetes ökológiai egyensúlyt. Veszélyforrás lehet, hogy mielőtt a termesztett növények felvennék az ionokat, a vízben kitűnően oldódó műtrágyák jó része kimosódik a talajból. A nitritek és nitrátok emberi fogyasztásraalkalmatlanná tehetik a kutakvizét. A folyókba, tavakba kerülő foszfátok, nitritek és nitrátok pedig megnövelik a természetes vizek tápanyagtartalmát. Ez csak első pillanatban tűnik előnyösnek. A sok tápanyag hatására elszaporodó növényzet a hely szűke, az egyre kevesebb fény miatt pusztulásnak indul. Az ilyen, úgynevezett eutróf vizekben felgyülemlő elpusztult növényzetet a lebontó élőlények képtelenek megfelelő sebességgel ásványi anyagokká alakítani. A szerves anyagokból mérgező gázok (például: H₂S) szabadulnak fel, aminek következtében a természetes állatvilág is pusztulni kezd. Az eutrofizáció következtében a tó elmocsarasodik.

A műtrágyázás által okozott környezetszennyezés csökkenthető a gondosan kiszámított mennyiségű és minőségű vegyületek felhasználásával. A vízben kevéssé oldódó vegyületek alkalmazása, illetve közvetlenül a növényekre juttatott, kis mennyiségű műtrágyaoldat (úgynevezett levéltrágyázás) csökkenti a vizek szennyezését. A rosszul oldódó műtrágyák hatása elhúzódó, ezért elegendő ritkábban beavatkozni a természet ökológiai rendszerébe.