土壤中元素被化学固定的常见化学作用有吸附固定、配位、沉淀、氧化还原等。

吸附固定作用。由矿物风化、有机物分解以及其他途径释放出来的水溶态微量元素，在土壤中均不可避免地要与土壤胶体接触而被吸附或解吸。土壤胶体对不同离子的亲和力不同，因此吸附具有一定的选择性，这主要取决于离子种类和胶体表面特性。被吸附固定的微量元素只有当其结合键被破坏时才能被解吸。

配位作用。由具有电子供体性质的配体与具有电子受体性质的空位离子或原子形成配合物的过程。配合物是由提供空轨道的中心离子与具有孤对电子的配位体组成的复杂化合物。在土壤-水体系中，土壤对非离子性有机物的吸附主要是溶质的分配（溶解）过程。这一分配理论，即非离子性有机物可通过溶解作用分配到土壤有机质中，并经过一段时间达分配平衡。此时有机物在土壤有机质和水中含量的比值称为分配系数。

沉淀作用。钼、铁、锌、铜、锰等微量元素在土壤中会发生沉淀或溶解。钼酸根阴离子可与铁、铝、钙、镁等阳离子生成沉淀，其中以钼酸钙（）和钼酸铁[]最为重要。前者主要存在于中性和石灰性土壤，后者则主要存在于酸性土壤，成为控制土壤溶液中钼酸根离子（）的重要固相因素。铁、锌、铜、锰等阳离子在土壤中主要生成氢氧化物、碳酸盐、硫化物以及少量磷酸盐、硅酸盐等较难溶解的沉淀。它们都随pH升高而迅速降低平衡液相中的离子浓度。

氧化还原作用。是土壤微量元素转化的重要机制，对铁和锰最为重要。在氧化条件下，铁、锰转化为高价化合物，其溶解度比还原条件下的低价化合物低得多。

土壤化学固定一方面能够降低微量元素在土壤溶液中的浓度和有效性；另一方面，对于一些有毒有害的物质，可通过土壤矿物质、有机质和土壤微生物的作用，经过一系列物理化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其形态，从而降低甚至消除污染物毒性。进入土壤中的重金属元素通过吸附、沉淀、配合、氧化还原等化学固定作用可变为不溶性化合物，使一部分重金属元素暂时降低毒性（生物有效性）而退出生物循环，脱离食物链，减少对生态系统和人体健康的危害。