芝麻的豐收與否和用肥的時候有很大的關系：苗期：由于底施氮肥過多容易使幼苗旺長，形成高腳苗，因此芝麻苗期一般只用部分氮肥作底肥。群眾有“看苗追肥”的說法。在苗勢很差或幼苗大小相差較大時，可先少量追施提苗肥，以稀釋腐熟的人糞尿或尿素效果較好。因為此時芝麻根系較淺，施肥時應晝量淺施。
現蕾期：此期正是花芽分化時期，芝麻營養生長和生殖生長同時并進，此時追肥效果。追肥應以氮肥為主，磷、鉀肥為輔。在缺硼的地區應施用硼肥。
開花期：芝麻進入開花期生長迅速，此期吸收的營養物質占整個生育期間的70%~80%.為了能滿足植株生長發育的需要，使芝麻生長旺盛，積累更多的光合產物，增加花蒴的數量，后期穩長不早衰，使籽粒充實飽滿，必須重施花肥。此時側根已開始大量形成，根系的吸收能力增強，植株的生長速度加快，對養分的需求量也顯著增加。施肥時以化肥較為方便，也可施用腐熟的餅肥、糞肥、廄肥等。
在始花到盛花期，也可進行根外追肥，方法如下：在晴天的下午，葉面噴施0.3%~0.4%的磷酸二氫鉀，連噴3次，每次間隔5~6天，噴后遇雨應重噴。
以上各時期的施肥方法是：條播時在距芝麻植株10厘米左右開溝條施或點施，施入10厘米深的土層中，以利根的吸收，施后覆土；據試驗，每畝施同樣的肥料，淺施（10~13厘米）比深施（25厘米）增產11%左右。在撒播情況下，腐熟的餅肥或顆粒狀尿素可摻土撒施，隨即中耕松土掩肥。天氣干旱時，施后應噴水以充分發揮肥效。