Pemupukan dasar dilakukan saat tanam dengan pupuk kandang matang (2-3 kg/m2) atau kompos (1-2 kg/m2) yang dicampur rata ke tanah. Setelah bibit berumur 7-10 hari, beri pupuk NPK 16-16-16 sebanyak 5 gram per tanaman (sekitar 1 sendok teh) dengan cara dilarutkan dalam 1 liter air dan disiramkan ke pangkal batang. Ulangi setiap 2 minggu sekali. Alternatif organik: siram dengan air cucian beras (1:3 dengan air) atau larutan pupuk kandang 1 kg/10 liter air yang difermentasi 3 hari.
Saat tanaman mulai berbunga (biasanya umur 30-40 hari), kurangi nitrogen dan tingkatkan fosfor-kalium untuk merangsang pembungaan dan produksi minyak atsiri. Gunakan pupuk NPK 10-20-20 atau pupuk buah dengan dosis 5 gram/tanaman setiap 2 minggu. Jika daun menguning, tambahkan pupuk daun organik (misal ekstrak rumput laut) seminggu sekali. Jangan lupa siram setelah pemupukan agar nutrisi meresap.
Hindari pemupukan berlebihan karena menyebabkan daun lunak dan mudah terserang hama seperti kutu daun atau ulat. Jika tanah terlalu asam (pH di bawah 6), taburkan dolomit 100 gram/m2 sebulan sekali. Setelah panen daun (petik pucuk), beri pupuk NPK 16-16-16 lagi untuk merangsang tunas baru. Dengan pemupukan rutin, basil bisa dipanen setiap 2-3 minggu selama 4-6 bulan.