马铃薯对氮磷钾的需求同等重要，在产量形成过程中，氮素供应是基础，可保证形成足够的绿叶面积进行光合作用；磷素的供应对块茎的形成和淀粉的积累也是不可缺少的；在氮磷充足的基础上，钾素的供应对于前期碳水化合物的同化和后期由地上向地下块茎的运输和淀粉积累都很必要。
田间测试表明，马铃薯对氮磷钾的吸收比例约为1∶0.5∶2.5，针对这一需求特点，业内人士将马铃薯称为喜钾作物。但是在农业生产中实际施肥决策时，既要考虑到土壤养分库对马铃薯养分需求的供应，又要考虑到土壤对氮磷钾的供应水平是不相同的，在土壤供应的基础上分别推荐氮磷钾肥的施用量。如，南方土壤有效钾含量低，应普遍注意增施钾肥，做好氮磷钾配合的平衡施肥；北方土壤有效钾含量比南方高，粮食作物钾肥的施用不普遍，但是针对马铃薯需钾多的特点，要适量补充钾肥。建议，氮磷钾化肥的适宜比例：北方地区平均为1∶0.5∶0.6；南方地区平均为1∶0.4∶0.8。假设马铃薯亩产水平在1500公斤左右，推荐氮肥施用量折纯氮10~12公斤/亩、钾肥用量折纯5~8公斤/亩、磷肥用量折纯3~5公斤/亩。
在马铃薯施肥的时期、方法及分配方面，要采用基肥和追肥两种。基肥最好将有机肥与化肥配合施用，才有利于结薯。基肥与追肥中氮磷钾肥料的分配各不相同，一般基肥中只分配50%的氮肥、全部的磷肥和大部分的钾肥。也可以将氮钾肥的一半做基肥，另一半氮钾做追肥；基肥的肥料品种，可以选含磷钾较高(如12%~15%)含氮适当(约10%)的复混肥料，也可以采用单质化肥配合用。单质磷肥最好是普钙，南方酸性土地区也可选钙镁磷肥。磷肥的分配原则是，大部分在起垄前按条或穴状深施于垄底，少部分磷肥种薯块时，施于斜下方。作追施的氮钾肥要到植株顶端现蕾期(即地下块茎形成期)进行追肥，施于垄侧并随即覆土浇水。追肥时间不要过早，最好在薯块进入膨大期进行，过早追肥尤其偏追大量氮肥，会引起地上部旺长地下部结小薯块的问题。在施肥位置上，基肥在种植前沟施或穴施，深度要求15~20厘米左右。追肥在行间或垅侧条施或穴施；肥料埋深5~8厘米，施肥后可以灌水并覆土。
近年来，在实际生产中有的农户为了获得马铃薯的高产，很注意氮肥的施用，无论在基肥和追肥中，氮肥的施用量都很高。随着有机肥数量越来越少，不能保证马铃薯生产快速发展的需要，越来越多的农户主要靠施用化肥生产马铃薯。有时偏施氮肥导致地上部薯秧疯长，而地下部薯块很小的不良后果。也有不少农户已经初步掌握了相关技术。例如在甘肃和内蒙地区的部分马铃薯生产户，以有机肥为主适量配加低浓度复合肥作基肥，然后到植株顶端现蕾期，再追施适量氮肥的施肥法，所获效果不错，体现了依据马铃薯的营养特点和对氮磷钾养分的需求比例进行全程平衡施肥的可行技术。
此外，马铃薯对微量元素硼、锌比较敏感，可以通过苗床施肥和根外追肥等方式加以适量补充供应。
