Tüm yeşil bitkiler gibi, ayçiçeği de büyüme için en az 16 elemente ihtiyaç duyar. Bunlardan oksijen, hidrojen ve karbon gibi elementleri su ve havadan alır. Azot fosfor ve kükürt herhangi bir iklim bölgesindeki topraklarda eksikliği bulunabilir. Özellikle potasyum, kalsiyum ve magnezyum yüksek yağışlı bölgelerde eksikliği görülebilir. Bunun yanında iz elementlerden demir, manganez, çinko, bakır, molibden, bor ve klor eksikliği fazla olmamakla birlikte bir çok toprakta görülebilir.
Optimum verim için ülkemiz koşullarında yapılan araştırmalarda 7-8 kg. saf azot (N), aynı miktarda fosfor ve potasyum yeterli olur. Ancak sulu koşullarda bu miktarları arttırmak gerekir. Toprak analizi yapılıp tarlanın besin maddesi içeriği belirtildikten sonra gübre uygulamak son derece önemlidir. Fakir topraklarda ise, bu besin maddesi miktarının % 80-100'ünü uygulamak gerekir. Ancak istenilen gübre miktarını vermek arzulanan verimi almak açısından yeterli değildir. Çünkü toprak nemi, yağış gibi iklim faktörleri verimi etkileyen ve gübre ile mutlaka olması gereken faktörlerdir. Besin maddesince fakir topraklarda verilen gübre verimi % 40-60 arasında arttırabilir. Orta besin maddesi kapsamına sahip topraklarda gübre verime % 10-20 oranında etkiler. Ancak zengin topraklarda gübrenin etkisi bazı durumlarda kendini gösterir. Çünkü yüksek verim için gerekli besin maddesi toprakta mevcuttur.
Eğer toprakta yeterli miktarda fosfor varsa, 7-8 kg. saf azotu içeren 15-16 kg. üre (% 46 N) veya 25-30 kg. Amonyum Nitrat (%26 N) gübresi serpilerek karıştırılır ve ardından ekim yapılır. Yine sulama yapılacaksa, azotlu gübre miktarının tarladaki mevcut orana göre belli bir miktar arttırılıp ikiye bölünerek, üst gübre olarak çapalamadan önce uygulanması, verimi arttıracak önemli bir uygulamadır. Toprakta yeterli fosfor yoksa, ekimle birlikte mibzerle tohumun 5 cm yanlarına kompoze gübrelerden 20-20-0 dan 25-30 kg/da oranında verilmesi yeterli olur. Ancak gübreleme, gübre deposu olmayan pnömatik mibzerlerde tohum yatağı hazırlama işlemi yapılmadan önce toprağa serpilmesi ve ardından tarlanın işlenip karıştırılması şeklinde de yapılabilir.
Genelde Türkiye toprakları potasyumca zengin olması nedeniyle, bu besin maddesine içeren gübre tavsiye edilmez. Eğer toprakta yeterli potasyum yoksa ve toprak tahlil sonucu bu besin maddesinin eksikliği belirtiliyorsa ayçiçeği topraktan fazla miktarda potasyum kaldırdığından, topraktaki mevcut miktara da bağlı olarak, 50 kg/da oranında 15-15-15 gübresi uygulamak gerekir. Kompoze gübrelerin üzerindeki üç rakam sırasıyla N-P-K yani Azot - Fosfor - Potasyum besin maddelerinin içerdiği yüzde oranlarını göstermektedir. Çiftçiler için önemli olan, tarlaya atılan gübrelerin saf madde olarak miktarlarıdır. Bu nedenle gübre alırken içerdiği saf maddenin fiyatına göre karşılaştırma yaparak, kg saf besin maddesi ucuz olan gübre tercih edilmelidir.