Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Wasserstoff (H)
Diese drei Elemente sind die nicht-mineralischen Nährstoffe. Sie sind für Pflanzen in Form von Gasen (CO2, O2, aus der Luft oder in Wasser gelöst) und Wasser (H2O) verfügbar.
Die mineralischen Nährstoffe sind dagegen alle übrigen Pflanzennährstoffe, sowohl Makro- als auch Mikroelemente. Sie werden von den Pflanzen als Mineralstoffe (in Wasser gelöste anorganische Verbindungen, Ionen) aufgenommen.
Ohne Kohlenstoff ist Leben nicht möglich. Dieses Element bildet zusammen mit Wasserstoff das Grundgerüst aller organischen Stoffe. Der Kohlenstoff für Pflanzen stammt in erster Linie aus Kohlendioxid CO2, das sie über Luft- oder Schwimmblätter aus der Luft oder über submerse Blätter aus dem Wasser aufnehmen. Verschiedene Unterwasserpflanzen nutzen außerdem Hydrogencarbonat-Ionen HCO3- als Kohlenstoffquelle. Die CO2-Versorgung ist für Aquarienpflanzen essenziell, auf sie wird an anderer Stelle noch ausführlich eingegangen.
Die Quelle für Wasserstoff ist das Wasser (H2O). Der Wasserstoff wird bei der Lichtreaktion der Photosynthese unter Zufuhr von Lichtenergie von den Wasser-Molekülen abgespalten (Photolyse des Wassers), dabei wird Sauerstoff-Gas O2 freigesetzt. Bei der lichtunabhängigen Reaktion der Photosynthese wird der Wasserstoff (als Proton, H+) dann zusammen mit CO2 in organische Verbindungen eingebaut.
Sauerstoff ist ebenfalls Grundbestandteil vieler organischer Verbindungen und wird außerdem für die Energiegewinnung durch aerobe Atmung, bei der CO2 freigesetzt wird, als Elektronenakzeptor benötigt. Der in organische Stoffe eingebaute Sauerstoff stammt, wie auch der Kohlenstoff, aus dem aufgenommenen CO2. Für die Atmung wird Sauerstoff-Gas (O2) aus der Luft oder dem Wasser aufgenommen, dabei kann auch der bei der Photosynthese frei werdende Sauerstoff genutzt werden. Pflanzenwurzeln brauchen Sauerstoff zur Atmung, sonst können sie ihre Funktionen nicht mehr wahrnehmen und sterben schließlich ab. Darum ist für Landpflanzen Bodendurchlüftung wichtig und Staunässe des Bodens schädlich. Viele Landpflanzen können zwar auch in Hydrokultur wachsen, bei der die Wurzeln in Wasser bzw. Nährlösung hängen, aber in dieser ist meistens genügend Sauerstoff für die Wurzelatmung gelöst. Sumpf- und Wasserpflanzen wachsen in der Natur mit ihren Wurzeln, Rhizomen oder Knollen aber meistens gerade in sehr O2-armem, nicht durchströmtem Substrat, z.B. Faulschlamm. Über ein Luftkanalsystem, das die gesamte Pflanze durchzieht (Aerenchym), transportieren sie Sauerstoff bis in die Wurzeln und anderen unterirdischen Organe und sichern so deren Atmung. Sumpf- und Wasserpflanzen können sogar Sauerstoff über die Wurzeln abgeben und damit das Substrat um die Wurzeln herum anreichern. Dadurch wird giftiger Schwefelwasserstoff (H2S) oxidiert.