La fertilité physico-chimique du sol renvoie à la capacité d’un sol à fournir aux plantes tous les éléments nécessaires à leur croissance : l’eau et les différents éléments minéraux.

Ces derniers se scindent en macro-éléments (azote, phosphore, potassium, calcium, magnésium, soufre, chlore, sodium) et oligo-éléments (manganèse, fer, zinc, cuivre, molybdène, nickel, cobalt, sélénium, iode). Un sol fertile d’un point de vue physico-chimique sera donc un sol capable de stocker mais aussi de rendre disponibles l’eau et les minéraux aux plantes.

La gestion de l’eau dans le sol doit se faire par une approche dynamique, tenant compte des apports, des pertes et des transferts. Les apports sont stockés par la micro- (< 0,2 µm) et la mésoporosité (0,2 – 50 µm), alors que la percolation se fait par la macroporosité (> 50 µm). Ces structures sont influencées par la texture, la teneur en matière organique du sol, le travail du sol et l’activité biologique qu’il héberge. Les éléments minéraux sont issus de la roche mère et des apports extérieurs (amendement et fertilisation). Les minéraux sont fixés dans le sol par le complexe argilo-humique. La capacité de fixation appelée capacité d’échange cationique dépend donc de la quantité et du type d’argile, du taux de matière organique et du pH (l’acidité du sol la réduit).

Les plantes n’absorbent les minéraux qu’en solution. La disponibilité des minéraux et celle de l’eau sont donc corrélées. L’exploration racinaire, favorisée par une macroporosité organisée verticalement, permet à la plante d’atteindre de façon directe l’eau et les minéraux se trouvant dans la mésoporosité. La fertilité physico-chimique est liée à la fertilité biologique au travers de la mycorhization, rendant accessible un  plus grand volume de sol aux plantes.

Les pratiques agroécologiques et notamment celles associées à l’agriculture de conservation des sols permettent d’augmenter la teneur en matières organiques et d’augmenter la continuité porale verticale du sol. Ces deux facteurs améliorent la fertilité physico-chimique d’un sol.