森林通过其代谢过程和选择吸收，改良土壤理化性质的作用。森林改良土壤的机理是：森林枯枝落叶等凋落物的积累与腐解，增加土壤有机质和各种矿物元素的含量；根系的纵横穿插和选择吸收，形成良好的土壤结构；树冠蒸腾、截留或整个树体（或林带）的屏障作用，调节土壤水分。苏联对森林改良土壤机理进行了广泛研究，在森林土壤水分物理性质动态变化，森林与土壤物质能量交换，森林植物地球化学特征，以及防护林带功能，沼泽地森林改良等方面都取得了一定的研究成果。

中国对森林改良土壤作用，于1949年后也进行了研究。根据研究积累的资料表明，寒温性暗针叶林凋落物每年每公顷为0.78～1.67吨，温带阔叶红松林为4～4.5吨，亚热带阔叶林为4～5吨，热带雨林为11吨左右。通过微生物的分解矿化过程，这些凋落物逐渐转化为土壤有机质及植物营养元素。温带阔叶红松林每年以凋落物形式归还给土壤的氮素为30.5～40.1公斤/公顷，五氧化二磷为3～3.1公斤/公顷，氧化钾为11.3～17.6公斤/公顷。热带雨林归还更多，氮素为164.1公斤/公顷，五氧化二磷为16.4公斤/公顷，氧化钾为35公斤/公顷。这说明森林凋落物是土壤有机质与营养元素的重要源泉。林木的根系也是改良土壤的积极因素。例如阔叶红松林根系量每公顷为10吨，寒温性暗针叶林的根系量为17～21吨。这些根系主要分布在1米深的土壤内，有的深及2～3米。由于根系的生长延伸及代谢腐解，使土壤形成良好的团粒状或核粒状结构，从而增加了土壤孔隙度，改善了土壤通气性能及其他物理性状。例如蒙古栎林下的暗棕色森林土表土团粒含量占92%，其中水稳性团粒含量占81%。由于不同森林树种生理要求的差异，根系对土体矿物质元素具有选择吸收性能，使某些营养元素富集于土层上部。以亚热带为例，阔叶林富积顺序为MnO＞CaO＞P₂O₅＞K₂O＞MgO＞Na2O＞Al₂O₃＞SiO₂＞Fe₂O₃。针叶林的富积顺序为MnO＞CaO＞P₂O₅＞MgO＞K₂O＞Na₂O＞Al₂O₃＞Fe₂O₃＞SiO₂。这说明不同树种对矿物质营养元素的需求量是不同的。此外根系还能在土壤中分泌碳酸或其他有机酸，有助于化合物的溶解与植物吸收。当然朽根也是土壤有机质的重要来源。菌根对矿物质的溶解和酸化环境具有很大的作用，菌根产生的化合物在溶解和浸提能力方面往往超过酸的作用。

土壤水文状况不但影响到土壤各种元素的运动形式和林木生长发育，而且影响到土壤形成过程。根据苏联罗杰（А.А.Роде）和华西里耶夫（И.С.Васцлъев）在云杉林下灰化土水分平衡的研究资料，树冠截流降水占30%，地表径流占5%，森林植物蒸腾占40%，地下径流占10%，形成地下水占15%。上述数据说明森林的消耗与土壤保蓄所占比重是主要的，地表径流极少。因此森林对土壤水分有良好的调节作用，这不但有效地减少了土壤营养物质和水分的流失，而且能够防止土壤沼泽化。

森林还能改良盐碱化土壤或干旱地区沙性土壤。在盐碱化土壤上种植耐盐树种，营造防护林，一方面通过树木蒸腾降低地下水位，减少盐分积累；另一方面由于林木的枯枝落叶等凋落物分解后形成腐殖质，有助于改良土壤结构，中和土壤碱性。