化肥是一种重要的农业生产资料，合理施肥可以提高农作物的量，但使用不当会造成资源的巨大浪费。近年来，化肥施用不合理的是农业面源污染的一个重要原因，引起国内外学者对此的广泛关注。本研究综合运用效率理论、农业技术效率理论、技术进步和全要素生产率理论，从理论和实证层面研究我国粮食生产（包括小麦、玉米和水稻）技术效率与化肥利用效率，探索影响我国化肥利用效率的资源因素、市场因素、经济因素、社会因素、制度因素。在理论分析的基础上，本文采用随机前沿生产函数方法对粮食生产技术效率和化肥利用效率进行估计，并对化肥利用效率的决定因素进行了分析。研究结果表明三种作物的化肥利用效率普遍较低，分别为0.37、0.26和0.37；教育水平、收入状况、化肥价格、财政支持、种植规模等是影响化肥利用效率的重要因素。