Généralement, les engrais sont incorporés au sol, mais ils peuvent aussi être apportés par l'eau d'irrigation. Cette dernière technique est employée aussi bien pour les cultures en sol, traditionnelles, que hors sol, sur un substrat plus ou moins inerte, tel que terreau, tourbe, laine de roche, perlite, vermiculite, etc. Une autre technique particulière, la culture hydroponique, permet de nourrir les plantes avec ou sans substrat. Les racines se développent dans une solution nutritive, eau plus engrais, qui circule à leur contact. La composition et la concentration de la solution nutritive doivent être constamment réajustées.
Dans certains cas, une partie de la fertilisation peut être réalisée par voie foliaire, par pulvérisation. En effet, les feuilles sont capables d'absorber des engrais, s'ils sont solubles, et si la surface de la feuille reste humide assez longtemps. Cette absorption reste toutefois limitée en quantité. Ce sont donc plutôt les oligo-éléments qui peuvent être ainsi apportés, compte tenu des faibles quantités nécessaires aux plantes.
Sur des sols acides, on peut procéder au chaulage pour augmenter le pH. Cette mesure augmente l'efficacité des engrais en favorisant l'assimilation par les plantes des éléments nutritifs présents dans le sol.
Les engrais doivent être utilisés avec précaution. Il est généralement suggéré
Entre 1972 et 1992, l'utilisation mondiale d'engrais est passée de 73,8 à 132,7 millions de tonnes. Au Canada, l'utilisation des engrais est passée de près d'un million de tonnes en 1960 à environ quatre millions de tonnes en 1985, tandis que le pourcentage des terres ayant reçu des engrais est passé de 16% en 1970 à 50% en 1985.
La consommation mondiale d'éléments fertilisants s'est élevée à 179,4 millions de tonnes en 2007 : 61,6% d'azote, 23,1% de phosphates, et 15,3% de potasses. En 2007, les principaux pays consommateurs sont les suivants (en millions de tonnes de nutriments):
| Pays | Millions de tonnes |
|---|---|
| Chine | 46,6 |
| États-Unis | 29,2 |
| Inde | 22,6 |
| Brésil | 11,3 |
| Canada | 4,7 |
| France | 3,8 |
| Indonésie | 3,7 |
| Pakistan | 3,6 |
| Viet Nam | 2,7 |
| Pologne | 2,7 |
| Allemagne | 2,3 |
| Turquie | 2,2 |
| Espagne | 2,0 |
| Australie | 1,8 |
| Argentine | 1,8 |
| Thaïlande | 1,8 |
| Russie | 1,7 |
| Mexique | 1,6 |
| Égypte | 1,6 |
L'utilisation des engrais entraîne deux types de conséquences qui peuvent comporter des risques sanitaires (atteinte à la santé de l'homme) ou des risques environnementaux (dégâts sur les écosystèmes).
Le risque sanitaire le plus connu est celui relatif à la consommation d'eau riche en nitrate, résultant de la fertilisation azotée, par le nourrisson.
Le risque environnemental le plus cité est celui de la pollution de l'eau potable ou de l'eutrophisation des eaux, lorsque les engrais, organiques ou minéraux, répandus en trop grande quantité par rapport aux besoins des plantes et à la capacité de rétention des sols, qui dépend notamment de sa texture, sont entraînés vers la nappe phréatique par infiltration, ou vers les cours d'eau par ruissellement.
Un risque environnemental moins cité, et pourtant très important lui aussi, est la contribution au réchauffement climatique, dûe aux fortes émissions, après épandage, d'oxydes d'azote, notamment le protoxyde d'azote (N2O), qui est un puissant gaz à effet de serre, à fort potentiel de réchauffement global et à durée de résidence élevée (de l'odre de 100 ans).
Plus généralement, les conséquences de l'utilisation des engrais, qui peuvent comporter des risques et qui sont soumises à la critique, sont les suivantes :