Основная цель деятельности ВНИИА - развитие фундаментальных и прикладных исследований в области минерального питания растений и регулирования плодородия почв для обеспечения продовольственной безопасности России, агроэкологического и биологического обоснования применения удобрений, исследование новых видов и форм минеральных и органических удобрений, химических мелиорантов и других агрохимических средств, совершенствование научных исследований в Географической сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами и Государственных центрах и станциях агрохимслужбы.
ВНИИА осуществляет следующие виды деятельности: разработка и совершенствование теоретических основ минерального питания сельскохозяйственных культур; разработка и совершенствование научных основ оценки состояния плодородия земель сельскохозяйственного назначения; формирование совместно с федеральными органами законодательной и исполнительной власти стратегии химизации в агропромышленном комплексе Российской Федерации; выявление и теоретическое обоснование географических закономерностей действия удобрений и других средств химизации по почвенно-климатическим зонам страны; разработка систем применения удобрений и принципов комплексного применения средств химизации в севооборотах различной специализации; испытание новых видов и форм агрохимических средств и оценка экономической эффективности их использования; разработка экономического и правового механизмов регулирования плодородия почв и совершенствования агрохимического обслуживания; разработка методологии и обобщение результатов агрохимического, радиологического и эколого-токсикологического обследования земель сельскохозяйственного назначения, анализ динамики и прогноз почвенного плодородия по природно-сельскохозяйственным зонам и регионам России; разработка и внедрение информационных технологий для агрохимических исследований и применения агрохимических средств; разработка научных основ производственного агрохимического обслуживания сельских товаропроизводителей; разработка и совершенствование методов определения агрохимических и агроэкологических свойств почв и грунтов сельскохозяйственного назначения, удобрений, химических мелиорантов, продукции растениеводства, кормов и кормовых добавок; разработка и внедрение системы метрологического обеспечения аналитических работ с агрохимическими объектами; разработка, испытание и внедрение новых приборов и лабораторно-полевого оборудования для выполнения агрохимических анализов; разработка и внедрение системы сертификации в сельскохозяйственном производстве; подготовка кадров высшей квалификации через докторантуру, аспирантуру.
ВНИИА сотрудничает со странами ближнего (Украина, Беларусь, Молдова, Грузия) и дальнего (Великобритания, Германия, Польша, Франция, Болгария) зарубежья по программам EuroSOMNET, LASSEE, Composting, MASC-FSU.
Институт имеет лицензии Роспечати на издательскую и полиграфическую деятельность, является учредителем и издателем журнала "Плодородие", включённого в перечень научных журналов, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертационных исследований на соискание учёной степени доктора наук.