1.提高养分供应能力
提供养分供应能力是微生物肥料的主要功效之一。微生物对土壤中有机质分解、能量转化和养分循环具有不可替代的作用。植物一般由异养微生物主导来分解土壤中的有机物质，释放出的养分用来维持系统的营养物质循环。微生物也可以通过自身细胞固定碳元素和其他营养物质，如通过固氮作用增加土壤氮含量，利用微生物生命活动提高土壤中水溶性磷、钾的含量、提高他们的转化率和利用率，达到增加植物吸收的目的。
（1）固氮
固氮微生物肥料能有效增加土壤中的氮含量，蓝藻中具有异形胞的种类，往往是可以生物固氮的种类，而且有些种有较强的固氮能力，如鱼腥藻属和念珠藻属等。固定大气中的分子态氮称为结合态氮，合成氨基酸和蛋白质。减少化肥的使用。
有研究表明，在添加 75%化学氮肥和全磷全钾条件下，混合接种固氮蓝藻在显著提高土壤微生物活性和促进植物生长、提高产量的同时，节省 25%的化学氮肥。据估计：在热带水稻田中可固氮1-70千克氮/公顷/年，可以作为水稻田肥源。
（2）解磷
我国土壤中磷含量并不低，但有效磷供应量却不足，只有5%左右的磷元素能被植物吸收利用。目前公认的磷细菌肥料的解磷机理主要是：酸溶作用，解磷菌在生长代谢过程中产生各类有机酸、无机酸，土壤中难溶性的磷酸盐被这些酸类物质溶解；螯合作用，有学者认为微生物分泌物可螯合闭蓄态Fe2P、AI2P、Ca2P，增加其水溶性；酶溶作用，产生磷酸酶类物质，在磷酸酶的催化作用下，使磷酸酯或磷酸酐等有机磷酸盐水解转化为可溶性磷。
（3）解钾
钾是作物生长必需的营养元素之一。然而土壤中95%的钾元素是以钾长石和云母这两类矿物的形式存在，作物可直接吸收利用的速效钾含量不超过土壤中钾总含量的2%。解钾细菌(硅酸盐细菌)是一种胶质芽孢杆菌，具有分解含钾矿物的能力，能将含钾矿物中的难溶态无效钾转化为可溶态有效钾，同时活化土壤中的微量元素。微生物肥料的又一解钾机理是把次生黏土矿物中固定的钾释放出来，增加钾素的有效性和供应量。
2.刺激作物生长
微生物制剂中微生物的代谢活动可产生赤霉素、细胞分裂素、酚类化合物及其衍生物等植物激素，也可产生烟酸、泛酸等酸性物质以及维生素等活性物质，这些物质能够起到刺激作物生长的作用。微生物产生的细胞分裂素可以促进植物根系的生长。共生微生物产生的植物激素在植物生长发育过程中起促进作用。
3.抑制病虫害
微生物肥料中有益微生物的大量繁殖，使其在作物根际土壤微生态系统内形成优势种群，限制其他病原微生物的生长繁殖，对有害病原微生物产生拮抗作用，降低作物病害发生几率。
目前已于10多种固氮蓝藻均能杀死或抑制根结线虫J2s活性的作用，使线虫不动率和死亡率分别增加到88.2%-96.5%和4.2%-29.3%，从而降低线虫感染率，提高植物的产量。
4.增强作物抗逆能力
微生物肥料中所含菌种能够诱导作物产生超氧化物歧化酶、过氧化物酶等具有提高作物抗逆性的物质，在其受到干旱、盐碱、虫害、病害、衰老等逆境胁迫时，通过消除自身自由基的途径来减轻环境胁迫对作物造成的伤害。
5.降解有害物质
微生物肥料中所含的特殊微生物通过降解植物自毒物质，减轻重茬对作物生长的危害；通过降解土壤中杀菌剂、杀虫剂、除草剂残留物质，减轻这些有害物质对作物的农药残留危害；通过降解外来有害污染物，起到净化土壤的作用。目前已研发出了土壤污染物的降解基因。
6.改善土壤结构
土壤团粒结构是土壤生态环境的基础结构，过量施用化肥会破坏土壤团粒结构。过量施用氮肥会降低土壤中的碳氮比，加速土壤中有机质的分解，破坏土壤的团粒结构；过量施用磷肥会使大量磷酸根与形成团粒结构的键桥离子Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+形成沉淀，破坏土壤团粒结构；过量施用钾肥，会使大量K+代换形成团粒结构的多价阳离子，使土壤从复粒变为单粒，破坏土壤团粒结构。
氮磷钾养分过量、比例失衡、中微量元素缺乏都严重制约了农产品质量的提高。氮肥、磷肥过量、钾肥不足，既造成蔬菜中硝酸盐含量等有害成分超标，同时也降低了氮磷等营养元素吸收利用率。施用微生物肥料可减少化肥投入，从而减少过量施用化肥对土壤团粒结构的破坏。
另外，施用微生物肥料能增加作物的根系量，而根系又是土壤有机质的主要来源，新增加的土壤腐殖质与土壤中的黏土及Ca2+结合，形成有机无机复合体，能促进土壤中水稳性团聚体的形成，与常规施肥相比还能明显提高土壤阳离子交换量，相对减小土壤容重，提高土壤的缓冲能力，起到改善土壤结构的作用。