Ziemniaki są narażone na choroby pochodzenia organicznego, spowodowane przez wirusy, bakterie i grzyby. W wyniku wtargnięcia czynnika patogennego do organizmu roślinnego powstaje infekcja. Grzyby pasożytnicze zakażają organy roślinne poprzez zarodniki rozprzestrzeniane przez wiatr lub deszcz. Kiełkujący zarodnik tworzy strzępkę, która wnika do tkanki nabłonka i produkuje enzymy rozkładające błony komórkowe, następnie dostaje się do komórek i przestworów. Infekcja zachodzi też poprzez szparki i zranienia, niekiedy przez określone narządy, np. części kwiatu. Grzybnia rozrasta się wewnątrz całej rośliny lub w jej częściach docelowych albo atakuje tylko powierzchnię organizmu roślinnego. Zakażenie zachodzi w sprzyjających warunkach, np. duża wilgotność, niska lub wysoka temperatura. Przykładem chorób grzybowych mogą być: rak ziemniaczany i zaraza ziemniaczana. Bakterie atakują rośliny przez szparki oddechowe i rany w tkance roślinnej, a także miejsca pozbawione nabłonka np. znamię słupka, często dzięki żerującym owadom. Mikroorganizmy namnażają się w przestworach międzykomórkowych i powodują obumieranie komórek, w wiązkach naczyniowych, wówczas roślina więdnie, tworzą narośla w tkance okrywającej, również miękiszowej. Bakterie przylegają do nasion, rozprzestrzeniają się w glebie i wodzie deszczowej, krążą z prądami powietrza. Przykładem infekcji bakteryjnej może być bakterioza pierścieniowa ziemniaka. Owady (mszyce i pluskwiaki), roztocze i nicienie, są głównymi przenosicielami wirusów, które działają kompleksowo i rozprzestrzeniają się biernie, również przez bulwy, sadzonki, czy cebule. Choroby wirusowe można podzielić na mozaiki (zmienia się kolor liści, w wyniku zakłóceń w produkcji chlorofilu tworzą się jasne plamki o strukturze mozaikowatej, a następnie plamy nekrotyczne, towarzyszą temu zniekształcenia liści) i żółcizny (liście stają się żółte, nierównomiernie rozwijają się części rośliny, powstają zniekształcenia np. uszkodzenia rurek sitowych, wirusy przedostają się ze ślinianek owadów). Drugi typ podziału chorób wirusowych obejmuje: mozaiki, kędzierzawki, smugowatości, liściozwoje. Często rośliny mogą być nosicielami wirusów, bez objawów chorobowych. Nicienie niszczą tkanki roślinne w częściach podziemnych, sztylecikowatym narządem drążą i wysysają soki, zaburzając funkcjonowanie rośliny. Trudnym do zwalczenia szkodnikiem jest też stonka ziemniaczana.
Rak ziemniaczany spowodowany przez grzyb Synchytrium endobioticum, zaklasyfikowany jest do pragrzybów. Latem zarodniki pływkowe zakażają oczka bulwy, gdzie przedostają się z zarodni przetrwalnych, znajdujących się w glebie. Na bulwach powstają ciemniejące, kalafiorowate narośla, w których rozwija się grzybnia i zarodnie przetrwalne, odporne na niekorzystne warunki środowiska i o dużej żywotności. Rozwój grzyba zachodzi przez zarażone bulwy, glebę, obornik, kompost, narzędzia. Rozmnażanie następuje na sposób bezpłciowy (kiedy w komórce grzybowej, otoczonej błoną, rozwijają się uwicione zarodniki, zwane pływkami, które w wilgotnej glebie dostają się do zdrowych bulw) i płciowy (gdy dwa pływkowate zarodniki łączą się w zygotę, która wędrując do bulwy rozwija się w przetrwalnik, przedostający się następnie do gleby, w wyniku gnicia ziemniaka). Porażoną glebę należy odkazić środkami chemicznymi, chorymi ziemniakami nie wolno obsadzać pola, na porażonej działce na kilka lat trzeba wstrzymać uprawę, wskazane jest palenie i zakopywanie bulw, zmianowanie innymi roślinami, sadzenie gatunków rakoodpornych. Zaraza ziemniaczana to częsta choroba ziemniaków, również pomidorów, powodowana przez grzyb Phytophthora infestans, należący do klasy glonowców. Latem zarodniki dostają się przez wiatr na liście rośliny, wywołując żółto-brunatne ciemniejące plamy i w dni deszczowe, tworzy się na dolnej stronie liścia biała warstwa zarodników konidialnych, rozprzestrzenianych przez wiatr, pędy usychają i wiotczeją. Zarodniki z liści trafiają do gleby i infekują bulwy w postaci szaro niebieskich plam. Bulwy gniją, dodatkowo atakowane przez inne mikroorganizmy. Rozprzestrzenianie się zachodzi przez sadzeniaki, w latach deszczowych, przy temperaturze ponad 10°C. Opryskiwanie latem należy przeprowadzać co 2 tygodnie. Przed wykopywaniem ziemniaków wskazane jest skosić zeschnięte łodygi i spalić, z bulw wybrać zdrowe, obsadzać pola wysoko umiejscowione. Parch prószysty (Spongospora subterranea) wywołany przez grzyb, tworzący na bulwach żółte pęcherzyki, z których po uszkodzeniu powstają rany, składające się z zarodników grzyba, przedostające się następnie do gleby. Zranienia występują też na korzeniach i stolonach w formie narośli. Parch rozwija się w dość niskiej temperaturze w warunkach dużej wilgotności. Inną odmianą jest parch zwykły ziemniaków (Actinomyces sp.), powodowany przez promieńczaki, który objawia się na powierzchni bulw w postaci rozległych, brodawkowatych ran, przez które przedostają się bakterie i inne grzyby przyczyniające się do gnicia kłębów. Wyróżniamy trzy rodzaje parchu zwykłego: płaski, wypukły i wgłębiony. Choroba ta często pojawia się na glebach piaszczystych o zasadowym odczynie, w latach suchych, dlatego trzeba dodawać nawozy fizjologicznie kwaśne, zielone, obornik dobrze rozłożony, nie sadzić ziemniaków na podłożu zasadowym i suchym. Ospowatość ziemniaków (Rhizoctonia solani) charakteryzuje się występowaniem na bulwach ciemnych, drobnych przetrwalników grzyba, zwanych sklerotami. Grzyb atakuje w momencie kiełkowania rośliny, niszczy pędy, korzenie, stolony, wywołuje gnicie, brunatno-czerwone plamy, białawy nalot u podstawy łodygi, składający się z zarodników i strzępek grzyba. Nie należy używać porażonych bulw do sadzenia, wskazane jest podkiełkowywanie i zaprawianie bulw środkami chemicznymi. Choroba zwana alternarią jest bardziej powszechna niż zaraza ziemniaka. Na liściach tworzą się ciemne, duże plamy, na bulwach tzw. twarda zgnilizna, zakażeniu sprzyja wysoka temperatura, niewielka wilgotność. W czasie wzrostu ziemniaków należy opryskiwać preparatami chemicznymi, eliminować chore bulwy (trudne do zwalczenia).
Jedną z chorób bakteryjnych, atakujących ziemniaki jest czarna nóżka (Bacterium phytophthorum) powodująca gnicie łodyg, zwijanie się i odbarwienie liści, więdnięcie. Rozwój roślin ulega zahamowaniu, bulwy gniją w kopcach, czemu sprzyja wysoka temperatura i wilgotność. W czasie wzrostu ziemniaków należy usuwać rośliny chore, odkażać narzędzia, uważać, by nie przekrajać bulw i trzymać je w niskiej temperaturze. Źródłem infekcji mogą być sadzeniaki lub resztki w glebie, zarażone pole nie można obsadzać ziemniakami przez trzy lata. Bacterioza pierścieniowa (Corynebacterium sepedonicum) przejawia się w żółknięciu i zamieraniu roślin, bakterie docierają do wiązek naczyniowych, bulw, łodyg, które ulegają ześluzowaceniu. Ziemniaki są drobne i zielonkawe, sadzeniaki o zmniejszonej zdolności kiełkowania, bulwy na przekroju z brązowym pierścieniem wypuszczają sok. Należy unikać krojenia bulw i nie wysadzać pola porażonymi ziemniakami, usuwać chore rośliny i kłęby.
Smugowatość to choroba wirusowa powodowana przez wirus Y, przenoszony przez mszyce. Na wewnętrznej stronie liścia powstają brązowe smugi wzdłuż nerwów, które po pewnym czasie pojawiają się również na grzbietowej stronie. Tworzy się także charakterystyczna mozaika z odkształceniem blaszki liściowej. Smugi przesuwają się na ogonki liściowe i łodygi, co powoduje schnięcie rośliny. W następnym roku zarażone bulwy dają początek roślinom chorym. Mozaika odznacza się zróżnicowaniem barwy liścia na kolor jasno i ciemnozielony, zdeformowaniem liści, przedwczesnym (na dwa tygodnie) usychaniem wierzchołków i drobniejszymi kłębami. W czasie wegetacji wirus szerzy się przez kontakt roślin chorych ze zdrowymi, z zakażonych sadzeniaków (bez udziału owadów). Kędzierzawka charakteryzuje się podwijaniem liści, które są mniejsze, zielone w ciemniejszym odcieniu, pomarszczone, rośliny osiągają niewielkie wymiary i są zniekształcone, bulwy nieliczne. Kędzierzawka jest następstwem kompleksowego działania wirusa mozaiki i smugowatości lub wirusa A. Liściozwój powodowany jest przez wirus L, w wyniku działania którego, ziemniaki mają ograniczony wzrost i miotlasty pokrój, liście jasnozielone, żółte, na dolnej stronie brunatne, zwinięte w linii nerwu, kruche, szeleszczące, następuje spadek plonów o połowę. Wirus jest przenoszony przez mszycę brzoskwiniową, która zimą przebywa w bulwach. Walka z chorobami wirusowymi polega głównie na wyrywaniu lub niszczeniu naci tuż przed przeniknięciem wirusa z pędu nadziemnego do bulw w czerwcu i lipcu, zasadzać należy odmiany odporne np. Bem, Merkur, sadzeniaki zdrowe, opryskiwać ziemniaki środkami na mszyce.
Stonka ziemniaczana (Leptinotarsa decemlineata) jest to chrząszcz o długości 10 mm, spodnia strona jest pomarańczowo-czerwona, żółtawe pokrywy skrzydłowe z dziesięcioma czarnymi pasami, na głowie i w okolicach głowy ciemne plamki. Larwy jaskrawoczerwone również z czarnymi plamkami. Formy zimowe stanowią chrząszcze, przebywające w ziemi na głębokości 15-30 cm lub do 1m., wiosną przelatują na dalekie odległości poszukując pożywienia. Żerując na liściach ziemniaka składają ceglaste jaja od 30 do 40 sztuk, z nich za 10 dni wylęgają się larwy, które żerują przez 2-3 tygodnie, następnie w ziemi ulegają metamorfozie do poczwarki. Za dwa tygodnie dojrzały już chrząszcz intensywnie żeruje. Stonka powoduje wysokie straty plonów. Zachodzą w ciągu roku dwa pokolenia stonki. Wiosną należy opryskiwać przeciw larwom pierwszego i drugiego pokolenia. Drutowce to larwy sprężyków, chrząszczy z rodziny sprężykowatych (Elateridae), średniej wielkości, szaro-beżowe, podługowate, z niewielką głową. Charakterystyczna budowa tułowia, krótkie nogi, umożliwia im, z pozycji grzbietu, sprężystym podskokiem, powrócić do naturalnego położenia. Larwy żółto-brązowe, posiadają grubą chitynową otoczkę, czarną główkę i osiągają 2, 5 cm długości. Odżywiają się nasionami, młodymi pędami, bulwami i korzeniami, należą tu osiewnik ciemny (Agriotes obscurus) i rolowiec (A. lineatus). Preferują gleby żyzne, gdzie licznie występują i są trudne do zwalczenia. W celach profilaktycznych wskazany jest płodozmian z gorczycy, lnu, roślin motylkowatych, sprężynowanie i opryskiwanie pola środkami chemicznymi, nie sadzić okopowych w ciągu 3 lat. Stosować można pułapki na drutowce w postaci plastrów ziemniaczanych umieszczanych płytko w ziemi i co pewien czas wyrzucanych wraz ze szkodnikami.
Mątwik ziemniaczany (Heterodera rostochiensis) jest nicieniem pasożytniczym, o długości 1mm. przechodzącym jedno pokolenie w roku. W nieżywych ciałach samic zgromadzone są cysty z jajami (200-300 sztuk), odporne na czynniki glebowe i mogą przetrwać w podłożu wiele lat. Larwy żerują w korzeniach ziemniaków, (tkance miękiszowej) w czasie kwitnienia roślin. Ciało samicy przekształca się w cystę, wystaje z korzenia, po zapłodnieniu wytwarza jaja, samce zamierają. Liście roślin, o ograniczonym wzroście, schną, odbarwiają się, następuje obniżenie plonu do 30%. W przypadku wystąpienia mątwika, należy uprawiać ziemniaki na danym polu co 5 lat, stosować płodozmian, sadzić gatunki odporne i późne, zaprawiać sadzeniaki środkami chemicznymi.
Na funkcjonowanie roślin, w tym ziemniaków, mają też wpływ czynniki klimatyczne (układ temperatur np. przymrozki, zakres wilgotności powietrza, opady, prądy powietrzne, światło, trujące gazy), glebowe (zawartość wody w glebie i składników pokarmowych, niedobór lub nadmiar jakiegoś pierwiastka), uszkodzenia mechaniczne (w wyniku czynników pogodowych jak wiatr, śnieg, deszcz i działalności człowieka).