19世纪中叶以后,自然科学如生物学、化学、生理学、遗传学、昆虫学、微生物学、土壤学和气象学等的研究成果,及其实验方法逐渐被应用于农业,促进了农学研究从经验水平到现代农业科学的质变。1840年李比希的经典著作《有机化学在农业和生理学上的应用》的发表,一般认为标志着现代农业科学系统发展的开始。
从此,以实验为基础的各门农业科学先后形成。农业化学在作物栽培中的应用,导致了化学肥料工业的建立和植物生理学、植物营养学的发展,作物栽培技术也因而更加科学化。孟德尔遗传定律和基因学说的提出,导致现代作物育种学的诞生。随着生物化学、生理学、病理学、解剖学和遗传学等学科的原理用于畜牧生产,家畜的育种、繁育和饲料科学以及兽医学等也迅速发展起来。
20世纪初,动力机械特别是内燃机拖拉机和其他机动农具逐步推广,以畜力为农业动力的局面发生变化,加速了农业机械化的进程。由此而形成的农业机械科学,为不断提高农业生产率提供了理论基础。
第二次世界大战以后,合成化学工业兴起,促进了对各种农药、除草剂和农用塑料等的研究,植物保护手段日益改进。随着细胞遗传学和分子遗传学的发展,遗传工程等生物技术在农业中的应用研究开始取得成果,预示着育种技术的一场新的革命。而生态科学和系统科学在农业中的应用,则从宏观上为农业科学的发展开拓了新的途径和领域。
与此同时,由核技术、电子计算机和遥感、遥测等提供的新的研究手段,也已经和正在使农业科学研究更加精密化。现在,由于农业科学技术的进步,农业生产者不但已有可能几倍以至几十倍地提高农业劳动生产率,而且可以大幅度地提高各种动植物产品的单位产量,有效地改进产品的品质,并极大地减轻因有害生物和不良自然条件而造成的损失。农业科学已经成为农业生产力的不可缺少的组成部分,农业现代化和高速度地提高农业生产水平的必要条件。
当然,农业生产力的提高,并非仅仅得益于自然科学。农业经济科学的发展,对于人们更加自觉地依据经济规律来进行农业生产,变革和改进农业中的生产关系合理组织农业生产力,改善农产品的生产、流通、分配环节和不断提高经济效益,也起了很大作用。