生物炭输入土壤即成为植物养分的重要来源，可为植物提供常量元素，微量元素以及其他营养元素。生物炭具有独特的理化特性，可通过改变土壤特性（包括pH和CEC）来影响土壤中的养分相互作用。生物炭的原材料类型、热解条件、土壤的类型以及生物炭添加量是影响土壤中营养元素可利用性的主要因素。由动物粪便、生物固体废物制备的生物炭中的N，P和K含量高于农作物残留物和木质生物炭。除N和S外，大多数营养物的有效性与热解温度呈正相关。生物炭输入后，植物对Ca，Mg和微量元素（Cu，Zn，Fe，Mn）吸收因情况而异。生物炭可以通过减少P，K和其他养分的淋失损失实现土壤保肥，提高植物的养分利用效率。

由于生物炭具有多孔性，为土壤微生物（细菌，菌根真菌和放线菌等）生长提供了有利的环境。据报道，花生壳生物炭（1％）输入土壤增加了微生物类群，微生物量和放线菌丰度。越来越多的研究表明，生物炭输入可增加稳定土壤团聚体，增加微生物量氮，增加特定细菌丰度提高微生物活性，增加微生物多样性。然而，也有研究报道低剂量的生物炭可能对土壤微生物群落产生积极影响，高剂量的生物炭可能显示出负面影响，这种现象是由于高剂量生物炭输入对土壤微生物产生毒性（化学胁迫）。