Como un cultivo básico crucial en la producción agrícola, el maíz se cultiva extensamente en todo el mundo y desempeña un papel fundamental en garantizar la seguridad alimentaria mundial. Sin embargo, la significativa deficiencia de aminoácidos esenciales (EAA) y aminoácidos esenciales condicionalmente (CEAA), como la lisina (Lys), el triptófano (Trp), la metionina (Met) y la cisteína (Cys), conduce a un desequilibrio de aminoácidos en el grano. Este estudio investiga el mecanismo regulador de la aplicación de azufre (S) para regular el equilibrio de aminoácidos de los granos de maíz. Los resultados demuestran que la aplicación de S tiene efectos sustanciales tanto en el rendimiento de maíz como en la calidad nutricional. La aplicación de S resultó en un aumento en el rendimiento de maíz al mejorar simultáneamente el número de granos por espiga (GN) y el peso de 100 granos (GW), mientras que la aplicación de S elevó la concentración de proteínas mediante el aumento de la concentración de Cys en los granos de maíz. Además, la Cys en los granos optimiza el equilibrio de aminoácidos al regular la proporción de otros aminoácidos, mejorando así la calidad nutricional del maíz mientras se asegura un aumento constante en la concentración de proteínas, simultáneamente. En general, la aplicación de S a 60-90 kg/ha mejoró sinérgicamente tanto el rendimiento como la calidad nutricional del maíz, cumpliendo con los requisitos para el desarrollo sostenible en la producción de maíz. Los hallazgos ofrecen una base teórica novedosa y un enfoque de manejo de nutrientes para lograr una producción de maíz de alto rendimiento y calidad superior.