细胞学说、进化论和遗传学的发展导致杂交玉米的出现，使近代农业生产出现了一次巨大的突破。杂交育种的第二次、第三次突破发生在现代农业的初期阶段。
第二次突破是墨西哥小麦。1941年，在美国洛克菲勒基金会的支持下，育种学家布劳尔前往墨西哥选育小麦优良品种，经过长期研究，终于培育出矮秆、高产、抗锈、耐肥、抗倒伏并具有广泛适应性的小麦品种，推广之后，墨西哥小麦从原来的亩产约50kg提高到250kg，并由此掀起了一场“绿色革命”。
第三次突破是菲律宾的水稻。1960年在美国福特基金会和洛克菲勒基金会的共同支持下，菲律宾国际水稻研究所成立。该所利用我国台湾省的三个矮秆品种和印度厄西亚、斯里兰卡的高秆品种杂交。再从这些杂交后代中，选出一种矮秆、早熟、高产的品系，定名为国际水稻—8（IR·8），并首先在东南亚一带推广，一季稻的亩产可高达600～650kg，被誉为“奇迹稻”，使推广地带的农业有了较大改观。
在第三次科技革命时代，数学、物理学、生物学、地学的研究成果是空前的。与以往科技革命的成果相比较，这些成果具有高度综合性、联动性、跳跃性、迅速产业化的特点。大量高科技成果被有效地应用于农业，对于克服近代农业所出现的弊端与不足，对于充分发挥先进生产工具的效能，都发挥了积极的作用。其中，生物工程技术的地位尤其突出。1953年4月25日，华生（J．Watson）和克里克（F．H．Grick）在英国《自然》杂志上发表了“DNA双螺旋结构的分子模型”一文，从而宣布了分子生物学的诞生。该学科在五六十年代获得了一大批令人瞩目的成果，如DNA双螺旋结构的建立、遗传密码的破译和DNA重组的实现，打开了“生命之谜”的大门，是一次最重大的“生物学革命”。20世纪60年代初，在分子生物学的推动下，产生了另一门新兴学科——细胞生物学。它以细胞为生命活动的基本单位，在分子水平上探讨细胞组成及生物大分子的结构与功能的关系，并科学地阐述了细胞的整合功能。
正是在上述生物学革命的基础上，20世纪70年代生物工程技术得以问世。
生物工程技术是指直接或间接地利用生物体的机能生产物质的技术，其内容目前主要包括生物反应技术、细胞培养技术、基因操作技术和细胞融合技术等。
生物工程技术在现代农业中的应用十分广泛，而且在许多方面都已获得显著的成就。
在作物育种方面，生物工程技术打破了生殖屏障，克服了常规育种手段只能培育出种间或种内杂交新品种的不足，实现了远缘杂交。
比利时的一个研究小组采用基因操作的方法，成功地把一种昆虫的毒素基因移植到烟草的细胞中。这种细胞长成植株后，对害虫有很强的抵抗能力，害虫在吃了这种烟草后身体麻痹并很快死去。美国的一个小组把仙人掌基因转移到小麦、玉米和大豆中去，培育出了适合于干旱地区栽培的耐旱品种。
在防治农业病虫害方面，通过生物工程技术可以制成微生物农药，从而克服了长期使用化学农药带来的严重后果，如污染环境，危害人畜健康；毒杀害虫天敌，破坏生态系统平衡；不断提高害虫的抗药性等。
在对微生物农药的研究过程中，美英两国分别应用了放线菌酮和灰黄霉菌素、单端孢菌素防治棉花枯萎病、烟草霜霉病和黄瓜菌核病。日本土地面积小，为提高单产而大量使用化学农药造成了严重后果，所以，日本科学家对生物防治的研究很深入，春日霉素、多氧霉素、有效霉素等农用抗菌素相继出现。以上徽生物农药在使用中都显示出化学农药不可比拟的优越性。近年来各国科学家都十分重视对昆虫病毒的研究，成为微生物防治虫害领域中一个十分活跃的方面。目前，各国已利用40多种病毒用于防治农林害虫。有十几种昆虫病毒及制剂已供应市场，效果显著。
在提高农产品产量质量方面，通过生物工程技术，可以在室内，不受外界环境和气候影响的条件下，大量快速地繁殖优质、无病害的苗木，以工厂化的生产形式满足大面积生产的需要，这就弥补了传统技术的缺陷。以经济林木发展为例，对于5年内成熟的树木，如使用传统技术改良品种培育有价值的结合体，大约需要50年时间；而用了生物工程技术进行组织培养，则只要几个月就能够完成。