农药在土壤中的降解包括光化学降解、化学降解和微生物降解等。
光化学降解是指土壤表面受太阳辐射能和紫外线能而引起农药的分解。大部分除草剂、DDT都能发生光化学降解作用。
化学降解可分催化反应和非催化反应。非催化反应包括水解、氧化、异构化、离子化等作用，其中以水分解和氧化最重要。土壤中氨基酸、硫氢基以及 Cu、Fe，Mn等无机金属离子，能促进一些有机磷农药的水解和氧化还原作用。
目前使用的农药，大部分属有机化合物。它们进入土壤后，对土壤微生物（包括一些有益微生物）有抑制作用，与此同时，土壤微生物也会利用这些有机农药为能源，进行降解作用，使各种有机农药彻底分解成CO2，最后消失。这是农药在土壤中的主要降解过程。
土壤微生物的种类繁多，各种农药在不同条件下，分解的形式也不同，主要有氧化、还原作用，N—和O一脱烃过程，腈、胺、酯的水解过程，脱卤过程，芳环羟基化过程和异构化过程等。
1）脱氯作用 机氯农药DDT等化学性质稳定，在土壤中残留时间长，通过微生物作用脱氯，使DDT变为DDD， 或是脱氢脱氯变为DDE；而DDE和DDD 都可进一步氧化为DDA。DDT 在好气条件下分解很慢，降解产物 DDE、DDD的毒性虽比 DDT低得多，但 DDE仍然有慢性毒性，而且其水溶性比DDT大。对此类农药，要注意其分解产物在环境中的积累。
再如林丹，即高丙体666，经芽孢梭状芽孢杆菌和大肠杆菌作用，脱氯形成苯与一氯苯。
2）脱烷基作用 三氯苯农药大部为除草剂。微生物常使其发生脱烷基作用。不过这作用并不伴随发生去毒作用，例如二烷基胺三氮苯形成的中间产物比它本身还毒，只有脱胺基和环破裂才转变为无毒物质。
3）酰胺、脂的水解 种作用如磷酸脂农药对硫磷、马拉s磷、苯酰胺类除草剂等。它们为微生物作用，引起其中酰胺和酯键发生水解。对硫磷在微生物作用下，只要几天时间，毒性就基本消夫。对这一类农药，要注意使用过程中的急性中毒。
4）环破裂作用：许多土壤细菌和真菌都能使芳香环破裂，这是环状有机物在土壤中彻底降解的关键性步骤。在同类化合物中影响其降解速度的是这些化合物取代基的种类、数量、位置、以及取代基团分子大小的不同。取代基的数量愈多，基团的分子愈大，就愈难分解。
5）2，4，5-T 草剂的致畸性 这种除草剂的致畸性并不是农药本身，而是它伴生的和微生物降解后的产物2，4，5- 三氯酚，2，3，6，7- 四氯苯并对二噁英所致。
杀菌剂稻瘟醇亦属此类农药，它本身属高效低毒的药剂，但其代谢产物三氯苯甲酸和四氯苯甲酸毒性很大，且在土壤中又很稳定，因此，它们都不能使用。
从上述可知，土壤微生物对农药的降解，是土壤对农药最彻底时净化。但各种农药的性质和降解过程是很复杂的。有些剧毒农药，一经降解就失去了毒性；而另些农药，虽然自身的毒性不大，但它的分解产物毒性很大；还有些农药，其本身和代谢产物都有较大的毒性。所以在评价一种农药是否对环境有污染的时候，不仅要看药剂本身的毒性，而且还要注意代谢产物是否有潜在的危害。
4．化学农药在土壤中的残留
由于各种农药的化学性质及分解难易的不同，在一定的土壤条件下，每一种农药都有各自相对的稳定性。各种农药在土壤中的半衰期（指加入的农药分解一半所需的残留的时间）最长的可达数年之久，如有机氯杀虫剂。因此DDT、666已是被愈来愈多的国家禁止使用的农药；其次是均三氮苯类，取代脲类和苯氧乙酸类除草剂，在土壤中残留期一般在数月至一年左右；有机磷杀虫剂、氨基甲酸酯类杀虫剂，以及一些杀菌剂残留期只有几天或几周时间，所以它们在土壤中很少有积累。
农药残留时间的长短还和土壤的性质有关。如土壤矿物质组成、有机质含量、土壤的酸碱度、氧化还原状况、湿度和温度，以及作物种类和耕作情况等。
各种农药在土壤中残留时间的长短，对于环境保护和植物保护工作者来说是不同的。从环境保护的角度看，各种化学农药的残留期愈短愈好，以免造成对环境的污染进而通过食物链危害人体健康。但从植物保护说来，如果残留期太短，就难以达到理想的杀虫、治病、灭草的效果。因此，对于农药残留期问题的评价，要从防止污染和提高药效两方面考虑。从理想来说，农药的毒性保持的时间能长到足以控制目标生物，又衰退得足够快以致对非目标生物无持续影响，并免于环境遭受污染。