La CEC est la quantité maximale de cations totale qu'un sol est en mesure de piéger, à un pH donné. La CEC est utilisée comme mesure de la fertilité, de capacité de rétention des élements nutritifs, et de capacité à protéger les eaux souterraines de la contamination par les cations. Elle est exprimée en centimoles d'hydrogène par kilogramme (cmolc/kg ou 100 meqc/100g). Elle se trouve principalement sur les argiles et l'humus.

La réactivité du sol est exprimée en termes de pH ; c’est une mesure de l'acidité ou de l'alcalinité du sol. Plus précisément, il s'agit d'une mesure de la concentration en ions hydrogène dans une solution aqueuse et sa valeur varie dans les sols de 3,5 (très acide) à 9,5 (très alcalin). L'effet du pH est d'enlever ou de rendre disponibles certains ions du sol. Les sols fortement acides (<5.5) ont tendance à avoir des quantités toxiques d'aluminium et de manganèse. Les sols à forte alcalinité  (>8.5) ont tendance à se disperser. Les organismes du sol sont inhibés par une forte acidité, et la plupart des cultures poussent mieux dans des sols minéraux ayant un pH de 6,5.

Le carbone qui est fixé par les plantes est transféré au sol par l'intermédiaire de la matière végétale morte y compris les racines et les feuilles mortes. Cette matière organique morte est un substrat que les microorganismes du sol décomposent en rejetant dans l'atmosphère du dioxyde de carbone ou du méthane en fonction de la disponibilité de l'oxygène dans le sol. Le carbone organique du sol peut également être oxydé par combustion et renvoyé dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Certains composés carbonés sont facilement digérés et respirés par les microorganismes résultant en un temps de séjour relativement court. D'autres, comme la lignine, l'acide humique ou des substrats encapsulés dans les agrégats du sol, sont très difficiles à digérer par la biomasse et ont des temps de séjour très longs. Le carbone organique du sol améliore les propriétés physiques du sol. Il augmente la capacité d'échange cationique (CEC) et la capacité de rétention d'eau et contribue à la stabilité structurale des sols argileux en aidant à relier les particules en agrégats. La matière organique du sol, dont le carbone est un élément majeur, contient une grande proportion de nutriments, des cations et des oligo-éléments qui sont importants pour la croissance des plantes. Le carbone organique empêche le lessivage des nutriments et fait partie intégrante des acides organiques qui rendent les minéraux assimilables par les plantes. Il atténue également les fortes variations de pH du sol. Il est largement admis que la teneur en carbone organique du sol est un facteur majeur de son état de santé général ; c’est une partie importante du cycle du carbone et un facteur majeur dans l'atténuation des effets du changement climatique.

L'azote est l'élément le plus important prélevé par les plantes dans le sol et c’est un goulot d'étranglement pour la croissance des plantes. Les plantes peuvent utiliser l'azote soit sous forme de cations ammonium (NH₄⁺), ou d'anions nitrate (NO₃^-). L'azote est rarement absent dans le sol, mais il est souvent sous la forme de matière organique brute qui ne peut être utilisée directement.

L'azote gazeux est également disponible sous différentes formes dans le sol, même si ces quantités sont très petites et difficiles à détecter comme l'oxyde nitreux (N₂O), l'oxyde nitrique (NO), le dioxyde d'azote (NO₂), l'ammoniac (NH₃) et l'azote moléculaire (N₂) présent dans l'air se trouvant dans le sol.

Le carbonate de calcium CaCO₃ est un sel qui n'est pas très soluble ; il se trouve sous diverses formes et concentrations dans le sol. Le carbonate de calcium en quantité modérée est favorable pour la structure du sol et il est souvent utilisé pour corriger le pH des sols acides, mais, lorsque le niveau de calcium dans le sol est supérieur à la capacité du sol à l’absorber, il se lie avec d'autres éléments et forme des composés insolubles que les plantes ont des difficultés à absorber. Des quantités excessives de calcium peuvent restreindre la disponibilité du phosphore, du bore et de fer pour les plantes.