从原始农业转变为传统农业，再从传统农业转变为现代农业，实现农业现代化，这是世界上任何国家或地区农业发展的必由之路。
19世纪工业与科学技术的发展为农业现代化准备了条件。
其主要表现为以现代工业装备农业，以现代科学技术武装农业，以现代经济管理理论和方法经营农业，用开放式的商品经济替代封闭式的自给性传统经济。
农业现代化思潮有力地推动了现代农业的发展。20世纪20年代美国率先实现了以机械化为主要特征的农业现代化。
农业机械化在实现农业现代化进程中占有重要地位，目前发达国家都已实现了农业机械化。法国大革命时期开始使用简单的农业机械。19世纪50年代才在西欧、澳大利亚、新西兰和北美等新垦土地上使用马拉犁、条播机、割禾机和脱粒机。
最早使用的农业机械都是马拉的，以后逐步以蒸汽机、内燃机为动力。农业机械化的发展以拖拉机为代表，大致经历了3个阶段。
从19世纪30年代到19世纪末是初创阶段。19世纪30年代最早设想以蒸气机为动力来犁地。1855年，美国巴尔的摩的赫西（OHussey）发明并使用了蒸汽犁。1873年，美国伊利诺斯的帕尔文（RCParvin）制成一台履带式的以蒸汽机为动力的拖拉机。最初的拖拉机笨重而昂贵，需要数人操作，超过一般个体农民的负担，只适用于在美国、俄国等的大草原上耕种。1892年，费罗利克（JFroelich）制成第一台以汽油机为动力的内燃拖拉机，比较轻便而便于操作，为拖拉机的推广应用打下基础。
20世纪前半期是发展和推广阶段。第一次世界大战期间，由于缺乏劳动力和农产品涨价，促进了拖拉机的发展。1910~1920年间，以蒸汽机和以汽油机为动力的拖拉机之间展开激烈的竞争，后者充分显示了其优越性。特别是20年代后，出现小型灵便的汽油机拖拉机，适用于小型农场，颇受欢迎。
1931年，美国生产第一台以柴油机为动力的拖拉机，很快得到推广。次年，拖拉机使用充气的橡胶轮胎，使拖拉机生产技术前进一大步。1939年，爱尔兰的弗格林提出的液压三点悬挂装置，是拖拉机工具控制方面的一项重大改革。1941年，美国又生产了第一台燃烧液化石油气的拖拉机。从此拖拉机的形态、结构基本定型。到40年代末，在北美、西欧和澳大利亚等地，拖拉机已取代牲畜，成为农场的主要劳动力。
20世纪50年代，进入拖拉机向大型化发展的阶段。这一阶段以美国为代表，逐步加大拖拉机的马力。拖拉机功率到60年代已达200马力，70年代增加到300马力、450马力。
工作速度从过去的时速4～6千米，增加到时速10～15千米。
同时，由原来后轴驱动，改为前后轴驱动。此外，还制成三轴拖拉机和装备2台柴油机的12轮拖拉机等。有的大型拖拉机机身还可以前后对折转向。拖拉机上的液压操纵、液压传动、电子监视、电子自动控制、激光定位等现代技术装置，可使驾驶员快速地挂接农机具，装卸、折叠，转换工作场地，并自动反映各有关部位的工作情况，让使用者能够及时发现故障，进行调整。
此外，第二次大战后，日本大力发展4～10马力的小型手扶拖拉机，以适应其本国的农业生产情况；但到60年代后半期，日本农业机械也开始向中型轮式拖拉机发展。
拖拉机最初只代替马匹和现成的农具配套，以后才出现与拖拉机配套的大型农机具。20世纪20年代，把拖拉机与收割机装配在一起，成为自动收割机。后来又把收割机和脱粒机连接起来。1944年，自走式联合收割机开始投入商品生产。
20世纪20年代开始出现剥型摘棉机，这种机械的缺点是不仅剥下棉株上所有的棉桃，还带进许多茎、叶。1927年研制成功拾型摘棉机，可从裂开的棉桃中拾出籽棉，但直到第二次世界大战后才实际应用。50年代末，美国约有3万台摘棉机，收获的棉花占总收获量的1／3左右。以后，各种自走式机具逐渐增多，使经济作物、蔬菜、水果生产的机械化程度不断提高。70年代起，为了减少作业次数，提高工效，开始应用整地、播种、施肥、镇压等工序一次完成的联合作业机具。
美国是实现农业机械化最早的国家，完成于1940年。其他国家，如加拿大、英国、法国、德国、丹麦、意大利、日本及前苏联等完成于50年代至60年代。这些国家实现农业机械化又可分为两种类型。一种以美国、加拿大、澳大利亚、前苏联为代表，属于耕地面积大、劳力少的国家，机械化以提高劳动生产率为主；另一种是耕地面积小，劳力不很紧张，机械化以提高单位面积产量为主的国家，如日本、丹麦、比利时等。
目前许多工业发达国家的种植业，从耕地、播种、中耕、施肥、喷药、排灌到收获、运输、烘干、贮存、加工等已全部实现机械化。
到20世纪60年代，占世界耕地面积40％、人口24％的一些工业化国家先后实现了传统农业向现代农业的转变。从20世纪初到80年代中期，世界人口增加了2倍，而谷物产量增长了23倍，农业产值增加了24倍。事实否定了马尔萨斯关于人口增长快于粮食增长的悲观预测。目前，由于发达国家已经实现了农业现代化，加上粮肉生产过剩而将注意力转向环境，因而作为一种思潮的农业现代化已经不再受到青睐，但实际行动仍在继续，而且进一步向现代化迈进。发展中国家正在进行的绿色革命实际上也是受农业现代化思潮的影响而衍生的一种行动。
现代农业在产生奇迹般的增加产品与效益的同时，由于曾对资源环境的忽视而带来某些负面效应。例如能源消耗急剧增加，从1950年的036亿吨增加到1985年26亿吨石油采量，因而有人泛称之为“石油农业”；农药、除草剂等化学品对环境与食品安全构成威胁；有人还担心大量施用化肥会破坏地力，污染地下水；有人将主要是工业化引起的水、空气污染也归咎于现代农业。这些问题正引起人们的广泛注意而将资源环境良化作为农业现代化的一个重要内容。
绿色革命思潮——发展中国家振兴农业的惊喜
20世纪60年代，在发达国家基本实现农业现代化的同时，在发展中国家开展了有声有色的绿色革命。这一思潮与行动的主要内容是通过推广高产新品种（如矮秆小麦、矮秆水稻、杂交稻）带动农业的全面发展。
优良品种在现代化农业生产中起着很重要的作用。孟德尔遗传定律的重新发现，使人们可以有目的地改进作物的经济特性（如产量、品质、早熟性状、抗倒伏能力、抗病虫害能力等）。前苏联植物学家瓦维洛夫于第一次世界大战期间，亲自到亚洲、非洲、中美和南美洲许多国家，搜集各种作物品种及野生植物品种（种子），建立起第一个规模巨大的品种资源性的植物园，为育种工作提供原始材料。此后，各国对农作物品种资源的收集、整理、分析、鉴定工作，都提高了重视程度。
20世纪60年代，对已查明遗传性状的作物品种的各种特性、特征，用数学模拟方法处理，存入电子计算机，用来预测杂交后代的遗传性状，大大减少了育种工作的盲目性。20世纪以来，以选育良种为主，配合增施肥料等措施，使大面积单位产量经历了三次突破。
第一次是美国的杂交玉米。20世纪初，美国贝尔（WJBeal，1833～1924）发现因同系近亲繁殖而减低的植物活力，可通过杂交恢复。于是利用玉米品种间的杂交优势提高产量。1908年，美国舒尔（GHSull，1874～1954）断言，自交不仅使植株变弱，同时还导致分离并纯化品系，但自交系可通过杂交恢复优势，从而为杂交玉米的研究奠定了理论基础；但当时还缺少杂交玉米的方法。1918年，美国遗传学家琼斯（DFJones）创造了“双交”方法。他利用4个自交系进行杂交，如果自交系甲和乙、丙和丁各组成一对杂交，当其后代再进行一次杂交时，就可得到一个由甲乙丙丁组成的双交种。1921年，美国康涅狄州农业试验站报道并推广了第一个生产用的双交玉米种，1930年起广泛向农民推广。1943年双交种玉米播种占普通玉米播种面积的50％，到1960年已占96％。玉米的平均每公顷产量也从以前的1 500多千克增加到6 000千克。60年代后，美国又发展一些单交种和三交种，又额外增产10％左右，而且制种手续也趋于简便。70年代后期，大多用单交种代替双交种。
第二次突破是墨西哥的小麦。1941年，美国洛克菲勒基金会应墨西哥政府邀请，组织力量调查并协助研究改进墨西哥谷物生产状况。在1944年派去的4位农业科学家中，负责小麦抗锈病育种工作的布劳格（NEBorlaug）利用两种试验地在气候上的差异，一年内种植两季小麦，使育种时间缩短一半，并使选育的新品种有更广泛的适应性。1954年，他用一个日本矮秆品种与北美高秆品种杂交产生的第三代种子，与墨西哥小麦品种杂交作为父本，再与另一个墨西哥抗锈品种杂交，于1960年选育出第一批半矮秆高产小麦品种。以后，又选育出近30个半矮秆和矮秆品种。这些小麦品种秆矮、高产、抗锈、耐肥、抗倒伏并有广泛适应性，通称“墨西哥小麦”。
由于采用优良品种，加之增施肥料、改进灌溉等措施，墨西哥的小麦单产从推广新品种前每公顷产量750千克，增加到1976年每公顷产量3 765千克。1979年，在东南亚、近东、非洲和拉丁美洲，种植墨西哥小麦的面积共达3 000万公顷，都得到大幅度增产，被誉为“绿色革命”，布劳格本人也被誉为“绿色革命之父”。
引起第三次突破的是菲律宾的水稻。1960年，由美国福特基金会与洛克菲勒基金会建立菲律宾国际水稻研究所。1962年，该所利用我国台湾省的3个矮秆品种和印度尼西亚、斯里兰卡等国的高秆品种杂交。后从这些杂交后代中选出一种矮秆、早熟、高产的品系，1966年定名为国际水稻—8（IR-8）。
到1975年的10年内，又先后育成并推广十几个水稻品种。为了适应发展中国家的需要，他们还注意选育水稻的多抗性（即同时具有抗虫、抗病等特性），也取得良好效果。近年来，在东亚（不包括我国）、东南亚、南亚和拉丁美洲已种植2 500万公顷菲律宾的国际水稻，占这些地区水稻面积的27％。有的一季每公顷产量高达9 000～11 250千克，被誉为“奇迹稻”。
此外，美国和我国还先后分别培育出杂交高粱和籼型杂交水稻，具有明显的增产作用。美国于1936年在苏丹草内发现花药退化的植株，1937年发现两个遗传上雄性不育的品系。
1943年，发现高粱的雄性不育系。40年代末50年代初，经过大量杂交试验，解决了三系配套问题，并开始生产商品性杂交高粱种子。三系是指不育系、保持系、恢复系。不育系的雄蕊发育不正常，不能自交结实；保持系的雌雄蕊能自交结实，对不育系传粉后，可结出保持雄性不育的籽实；恢复系的雌雄蕊均能自交结实，对不育系传粉，可获得正常结实并有杂种优势的后代。1957年，美国杂交高粱种植面积达120万公顷。由于它在干旱条件下能稳产高产，已在许多国家广泛种植。
1964年，中国开始杂交水稻的研究，1970年在海南岛发现“野败”不育系，为三系选育打开了突破口。随后找到了保持系和恢复系。1973年在被誉为“杂交水稻之父”的袁隆平的领导下培育出第一批籼型杂交水稻品种，经生产鉴定和多点试验，20世纪70年代大面积推广了“南优”、 “汕优”、 “威优’、“四优”四大组合，到1976年已发展到15万多公顷，1990年达到1600万公顷。一般每公顷产量较其他稻增产750千克以上。1977年，在柬埔寨试种成功，1979年引入菲律宾国际水稻中心，1980年转让给美国后，每公顷产量达11 060～11 747千克，较美国的一般良种增产1655％～1808％。
60后代后，谷类作物育种在提高蛋白质含量或改善氨基酸组成方面，也取得不少进展，已育出一批营养价值较高的谷物新品种，有的已用于生产。同样，抗病虫品种的选育也有不少进展，如乌干达抗小叶蝉的L14号棉花品种，就是一项重要成果，有人认为可与墨西哥小麦品种和菲律宾矮秆稻品种相媲美。育种工作还为许多作物培育了适合于机械化收获的新品种。
但只改变品种而不改变生产条件收效甚微。因此在实际推行过程中，形成了种子+化肥+灌溉三驾马车一起上的局面，故有人又称之为“肥水农业”，其实质是农业现代化的一种衍生与前奏曲。由于多数发展中国家经济弱、劳力多、规模小，因而与发达国家不同，其强调的重点不是机械化，而是投资少见效快的新品种与化肥、农药的效果等，水利对多数地处热带、亚热带的发展中国家十分重要。
绿色革命在亚洲、拉丁美洲取得了积极的效果。60年代以来整个发展中国家的农业发展快于发达国家。可惜，作为一种思潮，绿色革命在70年代后遭到厄运。一些来自发达国家的专家批评绿色革命造成了农村两极分化，随后自然农业、可持续农业思潮又接踵而来，这样，绿色革命思潮就沉寂了下来。但是，这一思潮指导下的行动却在发展中国家继续开花结果，其中，中国与印度被认为是绿色革命的典范。
据统计，中国1983年以来育成常规稻新品种62个和杂交稻新组合33个，较好地解决了早、中熟配套问题；育成小麦新品种42个，玉米抗病杂交种43个，棉花新品种45个，大豆新品种42个，可以说中国的绿色革命不仅处于世界领先地位，而且形成了自己的特色：实行良种良法相结合、现代科学技术与精细耕作相结合，高产与优质高效相结合。
自然农业思潮——一次不成功的尝试
作为一种对农业现代化的逆反，70年代起，西方一些学者率先对20世纪以来盛行的“石油农业”提出了批判，企图寻求一种“替代农业”的路子。一段时期内，各种替代流派竞相登场，派别林立，名称百出，从其实质上看，大致可分为生态农业派（或自然农业派）和可持续农业派两大主流。
