15世纪以后，许多科学家通过科学考察积累了不少宏观农业资料。19世纪初叶，现代农业的轮廓开始出现。如雷奥米尔的6卷昆虫学著作中就有许多昆虫农业方面的记述。瑞典博物学家林奈首先把物候学、农业和地理学观点结合起来，综合描述外界环境条件对动物和植物的影响。法国博物学家布丰强调生物变异基于环境的影响。德国植物地理学家洪堡徳创造性地结合气候与地理因子的影响来描述物种的分布规律。
19世纪，农业进一步发展。这一方面是由于农牧业的发展促使人们开展了环境因子对作物和家畜生理影响的实验研究。例如，在这一时期中确定了五摄氏度为一般植物的发育起点温度，绘制了动物的温度发育曲线，提出了用光照时间与平均温度的乘积作为比较光化作用的"光时度"指标以及植物营养的最低量律和光谱结构对于动植物发育的效应等。
另一方面，马尔萨斯于1798年发表的《人口论》一书造成了广泛的影响。费尔许尔斯特1833年以其著名的逻辑斯谛曲线描述人口增长速度与人口密度的关系，把数学分析方法引入农业。19世纪后期开展的对植物群落的定量描述也已经以统计学原理为基础。1851年达尔文在《物种起源》一书中提出自然选择学说，强调生物进化是生物与环境交互作用的产物，引起了人们对生物与环境的相互关系的重视，更促进了农业的发展。
19世纪中叶到20世纪初叶，人类所关心的农业、渔猎和直接与人类健康有关的环境卫生等问题，推动了农业农业、野生动物种群农业和媒介昆虫传病行为的研究。由于当时组织的远洋考察中都重视了对生物资源的调查，从而也丰富了水生生物学和水域农业的内容。
到20世纪30年代，已有不少农业著作和教科书阐述了一些农业的基本概念和论点，如食物链、生态位、生物量、生态系统等。至此，农业已基本成为具有特定研究对象、研究方法和理论体系的独立学科。
20世纪50年代以来，农业吸收了数学、物理、化学工程技术科学的研究成果，向精确定量方向前进并形成了自己的理论体系：
数理化方法、精密灵敏的仪器和电子计算机的应用，使农业工作者有可能更广泛、深入地探索生物与环境之间相互作用的物质基础，对复杂的生态现象进行定量分析;整体概念的发展，产生出系统农业等若干新分支，初步建立了农业理论体系。
由于世界上的生态系统大都受人类活动的影响，社会经济生产系统与生态系统相互交织，实际形成了庞大的复合系统。随着社会经济和现代工业化的高速度发展，自然资源、人口、粮食和环境等一系列影响社会生产和生活的问题日益突出。
为了寻找解决这些问题的科学依据和有效措施，国际生物科学联合会(IUBS)制定了"国际生物计划"(IBP)，对陆地和水域生物群系进行农业研究。1972年联合国教科文组织等继IBP之后，设立了人与生物圈(MAB)国际组织，制定"人与生物圈"规划，组织各参加国开展森林、草原。海洋、湖泊等生态系统与人类活动关系以及农业、城市、污染等有关的科学研究。许多国家都设立了农业和环境科学的研究机构。
和许多自然科学一样，农业的发展趋势是：由定性研究趋向定量研究，由静态描述趋向动态分析;逐渐向多层次的综合研究发展;与其他某些学科的交叉研究日益显著。
由人类活动对环境的影响来看，农业是自然科学与社会科学的交汇点;在方法学方面，研究环境因素的作用机制离不开生理学方法，离不开物理学和化学技术，而且群体调查和系统分析更高不开数学的方法和技术;在理论方面，生态系统的代谢和自稳态等概念基本是引自生理学，而由物质流、能量流和信息流的角度来研究生物与环境的相互作用则可说是由物理学、化学、生理学、农业和社会经济学等共同发展出的研究体系。
