La fumure dépend à la fois de la richesse du sol et des exportations de la plante, qui sont fonction du rendement. Seule l'analyse du sol permet de connaître sa fertilité et de déterminer l'opportunité d'une fumure de correction.

Azote : comme toutes les légumineuses, la luzerne couvre ses besoins grâce au Rhizobium vivant en symbiose avec elle. La luzerne fournit les hydrates de carbone à la bactérie comme source d'énergie et reçoit de sa part de l'azote sous forme assimilable. Elle n'a donc pas besoin de fumure azotée.

En terres pauvres en matières organiques, l'apport de 30 unités d'azote au semis permet d'améliorer l'implantation. En printemps très froid, 30 unités pour la 1^ère coupe sont recommandés. Dans tous les autres cas, l'apport d'engrais azoté entraîne une réduction des nodosités et de la pérennité des cultures.

Potasse : la luzerne est très grosse consommatrice de potasse. Il ne faut pas essayer de compenser les exportations en un seul apport. Au-delà de 250 unités, un fractionnement est conseillé (la moitié de la dose après la première coupe).

Phosphore : la fertilisation doit seulement compenser les exportations. Préférer les formes solubles.

Magnésium : Il est important de maintenir un équilibre, dans le sol, entre la potasse et le magnésium.
Le rapport doit être de 3 à 4.

Les oligo-éléments : la luzerne est une plante sensible aux carences en oligo-éléments. Toutefois, les apports ne doivent pas être systématiques, mais plutôt raisonnés au cas par cas :

• Bore : en sol très calcaire (teneur inférieure à 0,5 à 0,8 mg/kg). Le bore peut être insolubilisé. Un apport de 500 g/ha en sortie d'hiver est alors conseillé. Il est déconseillé d'épandre du bore à l'implantation car il a un effet dépressif sur la germination.
• Soufre : en sol pauvre en matière organique, 100 kg/ha de soufre peuvent être apportés en 1^ère année.
• Molybdène : élément nécessaire au rhizobium pour la fixation d'azote. En cas de risque de carence 100 g/ha suffisent.