根据芝麻需肥较多，而生育期又较短的特点，应重施底肥。底肥一般用腐熟的堆厩肥，人畜粪和饼肥等有机肥为好，根据肥料质量、土壤供肥能力和产量水平等确定合理的用肥量。一般每公顷施农家肥22500-30000公斤、磷肥225-300公斤、草木灰750公斤或钾肥75公斤，播种后施人畜粪水22500公斤左右。芝麻是浅根系作物，大约90%的根量分布在9.9-16.5厘米土层内。因此，底肥应浅施。整地时，均匀撒施有机肥，然后浅犁，也可在犁后耙前撒施有机肥。底肥数量不足时，也可将肥料先施在窝内或条播沟内，然后播种或移栽。
为了能满足中后期植株生长发育的需要，使芝麻花期生长旺盛，积累更多的光合产物，增加花蒴的数量，后期稳长不早衰，使籽粒充实饱满，必须进行追肥。芝麻追肥必须掌握追肥时期和方法。
关于追肥时期，掌握看苗施肥、狠抓花肥的原则。在苗势很差或幼苗大小相差较大时，可先少量追施提苗肥或偏施，以稀释腐熟的人粪尿或尿素效果好。“芝麻苗碗口大”时正是花芽分化时期，这时追肥效应最好。追肥以氮肥为主，磷、钾肥为辅。芝麻进入花期，植株的生长速度加快，对养分的需要量也显著增加，必须适时重施花肥，以化肥较为方便，也可施用腐熟的饼肥、粪肥、厩肥等。条播时应在行中间开沟条施或点施，施入10厘米左右土层中，以利根的吸收，施后覆土。
在撒播情况下，除腐熟的饼肥或颗粒状尿素可掺土撒施，随即中耕松土掩肥外，其它各种化肥都应该开穴点施，切忌撒施，如硫酸铵为粉末状，硝酸铵易潮解，都容易粘附在芝麻叶片茸毛上，引起烧苗。天气干旱时，施后灌水，才能充分发挥肥效。
