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。生物炭具有大的表面积，风度的孔隙结构且具有两性特点，这使得生物炭具有良好的保肥能力。生物炭的极性表面位点构成了土壤的CEC主要来源。高CEC的生物炭能够减少养分流失达到保肥的效果。生物炭输入土壤还通过增加土壤的pH值和土壤有机质来实现土壤保肥。生物炭在土壤中持留氮素的三个重要机制：（1）生物炭具有高CEC吸附NH4 -N；（2）同时提升了土壤的持水能力，减少NO3--N的淋失；（3）通过增加土壤中不稳定C促进微生物固定N。Schofield等也曾报道，生物炭具有高阳离子和阴离子交换能力，生物炭孔径的这种特性，进一步增强了生物炭养分持留能力。也有研究表明，生物炭由于C的快速分解（例如，入土后16个月内降低51％），降低对养分的持留作用。

生物炭具有缓释氮素的作用这主要是由于（1）生物炭的多孔结构及其对NH4 -N、NO3--N良好的吸附能力，减缓氮素释放；（2）生物炭具有疏水性，会阻碍水的运输，从而限制氮的扩散。因此，近年来，许多研究表明生物炭可用作缓释肥料。生物炭-尿素复合物氮素释放速度比常规尿素肥料慢，具有更好的NH4 -N持留效果。基于生物炭的缓释肥料（BSRF）在30天内缓慢释放69.8％的氮。 生物炭输入土壤通过生物（固着、矿化、固定化、反硝化、植物吸收）和非生物（吸收、挥发、浸出）作用促进N的有效利用，这将增加土壤中N的有效性，促进植物生长。此外，也存在生物炭输入降低土壤中可利用N含量的研究。Werner等人研究报道，将稻壳生物炭输入Arenosol土壤有助于N固定，降低了21%可利用N。生物炭输入降低了土壤中6％的NH4 -N和12％NO3--N含量。由此可见，生物炭对土壤中N的可利用性影响不一，这主要取决于生物炭的输入量和土壤类型。