Plantenvoeding is de studie van de chemische elementen die nodig zijn voor de groei van planten. Er zijn verschillende principes die op plantenvoeding van toepassing zijn. Sommige elementen zijn rechtstreeks betrokken bij het metabolisme van de plant. Dit principe houdt echter geen rekening met de zogenaamde nuttige elementen, waarvan de aanwezigheid, hoewel niet vereist, duidelijk positieve effecten heeft op de plantengroei.
Een voedingsstof die in staat is de plantengroei volgens de minimumwet van Liebig te beperken, wordt als een essentiële plantenvoeding beschouwd als de plant zonder deze voedingsstof haar volledige levenscyclus niet kan voltooien. Er zijn 16 essentiële voedingsstoffen voor planten in de bodem, naast de drie belangrijkste elementaire voedingsstoffen koolstof en zuurstof, die door fotosynthetische planten worden verkregen uit koolstofdioxide in de lucht, en waterstof, dat wordt verkregen uit water.
Planten nemen essentiële elementen op uit de bodem via hun wortels en uit de lucht (hoofdzakelijk bestaande uit stikstof en zuurstof) via hun bladeren. Groene planten halen hun koolhydraten uit de kooldioxide in de lucht door het proces van fotosynthese. Koolstof en zuurstof worden uit de lucht geabsorbeerd, terwijl andere voedingsstoffen uit de bodem worden opgenomen. De opname van voedingsstoffen in de bodem gebeurt door kationenuitwisseling, waarbij de wortelharen waterstofionen (H+) in de bodem pompen via protonenpompen. Deze waterstofionen verdringen kationen die aan negatief geladen bodemdeeltjes vastzitten, zodat de kationen beschikbaar zijn voor opname door de wortel. In de bladeren gaan de huidmondjes open om kooldioxide op te nemen en zuurstof af te geven. De kooldioxidemoleculen worden gebruikt als koolstofbron in de fotosynthese.
Hoewel stikstof overvloedig aanwezig is in de atmosfeer van de aarde, kunnen maar heel weinig planten dit rechtstreeks gebruiken. De meeste planten hebben daarom stikstofverbindingen nodig in de bodem waarin zij groeien. Dit wordt mogelijk gemaakt door het feit dat grotendeels inerte atmosferische stikstof in de bodem door bacteriën in een stikstoffixatieproces wordt omgezet in biologisch bruikbare vormen.
Plantenvoeding is een moeilijk onderwerp om volledig te begrijpen, deels vanwege de variatie tussen verschillende planten en zelfs tussen verschillende soorten of individuen van een bepaalde kloon. Elementen die in lage concentraties aanwezig zijn, kunnen deficiëntieverschijnselen veroorzaken, en bij te hoge concentraties is toxiciteit mogelijk. Bovendien kan een tekort aan een element symptomen van toxiciteit van een ander element veroorzaken, en omgekeerd.