土壤有机质的含量与土壤肥力水平是密切相关的。虽然有机质仅占土壤总量的很小一部分，但它在土壤肥力上起着多方面的作用却是显著的。通常在其他条件相同或相近的情况下，有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关。

土壤有机质中含有大量的植物营养元素，如N、P、K、Ca、Mg、S、Fe等重要元素，还有一些微量元素。土壤有机质经矿质化过程释放大量的营养元素为植物生长提供养分；腐殖化过程合成腐殖质，保存了养分，腐殖质又经矿质化过程再度释放养分，从而保证植物生长全过程的养分需求。

有机质矿质化过程分解产生的CO2是植物碳素营养的重要来源，据估计，土壤有机质的分解及微生物和根系呼吸作用产生的CO2，每年可达135亿t，大致相当于陆地植物的需要量。由此可见，土壤有机质的矿质化过程产生的CO2既是大气中CO2的重要来源，也是植物光合和作用的重要碳源。土壤有机质还是土壤N、P最重要的营养库，是植物速效性N、P的主要来源。土壤全N的92%-98%都是储藏在土壤中的有机N中的。据研究，植物吸收的氮素有50%-70%来自土壤。土壤有机质中有机态P的含量一般占土壤全磷的20%-50%，随着有机质的分解而释放出速效磷，供给植物营养。在大多数非石灰性土壤中，有机质中有机硫占全硫的75%-95%，随着有机质的矿质化过程而释放，被植物吸收利用。

土壤有机质在分解转化过程中，产生的有机酸和腐殖酸对土壤矿物部分有一定的溶解能力，可以促进矿物风化，有利于某些养分的有效化。一些与有机酸和富里酸络合的金属离子可以保留在土壤溶液中，不致沉淀而影响其有效性。土壤腐殖质与铁形成的某些化合物，在酸性或碱性土壤中对植物及微生物是有效的。

土壤腐殖质是一种胶体，有着巨大的比表面和表面能，腐殖质胶体以带负电荷为主，从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子如K+、NH4+、、Ca2+、Mg2+等，一方面可避免随水流失，另一方面又能被交换下来供植物吸收利用。其保肥性能非常显著。在水分保持方面，土壤腐殖质和粘土矿物一样，具有较强的吸附能力，但单位质量腐殖质保存阳离子养分的能力比粘土矿物大几倍至几十倍，因此，土壤有机质具有巨大的保肥能力。

土壤有机质，尤以其中胡敏酸，具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的渗透性，促进养分迅速进入植物体。胡敏酸的钠盐对植物根系生长具有促进作用，胡敏酸钠对玉米等禾本科植物及草类的根系生长发育具有极大的促进作用。土壤有机质中还含有维生素B1、B2、吡醇酸和烟碱酸、激素、异生长素（β-吲哚乙酸）、抗生素（链霉素、青霉素）等对植物的生长起促进作用，并能增强植物抗病能力。

有机质在改善土壤物理性质中的作用是多方面的，其中最主要、最直接的作用是改良土壤结构，促进团粒状结构的形成，从而增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，土壤中的腐殖质很少以游离态存在，多数和矿质土粒相互结合，通过功能基、氢键、范德华力等机制，以胶膜形式包被在矿质土粒外表，形成有机-无机复合体。所形成的团聚体，大、小孔隙分配合理，且具有较强的水稳性，是较好的结构体。在干旱区，有机质通过改善粘性，降低土壤的胀缩性，防止土壤干旱时出现的大的裂隙（即龟裂）。

土壤腐殖质是亲水胶体，具有巨大的比表面积和亲水基团，据测定腐殖质的吸水率为500%左右，而粘土矿物的吸水率仅为50%左右，因此，能提高土壤的有效持水量，这对砂土有着重要的意义。腐殖质为棕色呈褐色或黑色物质，被土粒包围后使土壤颜色变暗，从而增加了土壤吸热的能力，提高土壤温度，这一特性对北方早春时节促进种子萌发特别重要。腐殖质的热容量比空气、矿物质大，而比水小，导热性居中，因此，土壤有机质含量高的土壤其土壤温度相对较高，且变幅小，保温性好。

没有土壤微生物就不会有土壤中所有的生物化学过程。土壤微生物的种群，数量和活性随有机质含量增加而增加，具有极显著的正相关。土壤有机质的矿质化率低，不会像新鲜植物残体那样对微生物产生迅猛的激发效应，而是持久稳定地向微生物提供能源。因此，富含有机质的土壤，其肥力平稳而持久不易造成植物的徒长和脱肥现象。

土壤动物中有的（如蚯蚓等）也以有机质为食物和能量来源；有机质能改善土壤物理环境，增加疏松程度和提高通透性（对砂土而言则降低通透性），从而为土壤动物的活动提供了良好的条件，而土壤动物本身又加速了有机质的分解（尤其是新鲜有机质的分解）。进一步改善土壤通透性，为土壤微生物和植物生长创造了良好的环境条件。蚯蚓粪就是非常良好的团粒结构，具有泡水不散的特点。自然繁衍的蚯蚓种群大小是健康的土壤的重要指标。

土壤库中的磷一般不以速效态存在，常以迟效态和缓效态存在。因此土壤中磷的有效性低。土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性，可增加磷的溶解度，从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。此外，土壤腐殖酸是一类生理活性物质，它能加速种子萌发，增强根系活力，促进植物生长，对土壤微生物而言，腐殖酸也是一种促进生长发育的生理活性物质。一些微生物具有解钾的功能，这些微生物生存必须有大量有机质的存在。