芝麻的丰收与否和用肥的时候有很大的关系：苗期：由于底施氮肥过多容易使幼苗旺长，形成高脚苗，因此芝麻苗期一般只用部分氮肥作底肥。群众有“看苗追肥”的说法。在苗势很差或幼苗大小相差较大时，可先少量追施提苗肥，以稀释腐熟的人粪尿或尿素效果较好。因为此时芝麻根系较浅，施肥时应昼量浅施。
现蕾期：此期正是花芽分化时期，芝麻营养生长和生殖生长同时并进，此时追肥效果。追肥应以氮肥为主，磷、钾肥为辅。在缺硼的地区应施用硼肥。
开花期：芝麻进入开花期生长迅速，此期吸收的营养物质占整个生育期间的70%~80%.为了能满足植株生长发育的需要，使芝麻生长旺盛，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，必须重施花肥。此时侧根已开始大量形成，根系的吸收能力增强，植株的生长速度加快，对养分的需求量也显着增加。施肥时以化肥较为方便，也可施用腐熟的饼肥、粪肥、厩肥等。
在始花到盛花期，也可进行根外追肥，方法如下：在晴天的下午，叶面喷施0.3%~0.4%的磷酸二氢钾，连喷3次，每次间隔5~6天，喷后遇雨应重喷。
以上各时期的施肥方法是：条播时在距芝麻植株10厘米左右开沟条施或点施，施入10厘米深的土层中，以利根的吸收，施后覆土；据试验，每亩施同样的肥料，浅施（10~13厘米）比深施（25厘米）增产11%左右。在撒播情况下，腐熟的饼肥或颗粒状尿素可掺土撒施，随即中耕松土掩肥。天气干旱时，施后应喷水以充分发挥肥效。