С развитием капитализма и ростом городского населения увеличивался и спрос на продукцию сельского хозяйства. Это повлекло за собой повышение товарности с.-х. производства, введения более интенсивных систем земледелия. Во 2-й половине 18 в. в Англии происходила смена паровой системы земледелия плодосменной, активным пропагандистом которой был А. Юнг. На рубеже 18 и 19 вв. проблема перехода к более интенсивной системе земледелия встала и перед другими странами. Большая заслуга в решении этой проблемы принадлежит немецкому учёному И. Шубарту, который положил начало посевам клевера в паровом поле и много сделал для дальнейшего развития клеверосеяния. Достижения А. Западной Европы обобщил А. Тэер (Германия). Он подразделял все культуры на истощающие и обогащающие почву и тем самым обосновал необходимость чередования их в плодосменных севооборотах. Тэер исходил из т. н. гумусовой теории питания растений, ошибочно утверждавшей, что зеленые растения берут содержащийся в перегное углерод корнями из почвы. Тем не менее основные мысли Тэера о значении органического вещества почвы сыграли прогрессивную роль в развитии А. В 19 в. начали обосновываться как самостоятельные науки химия и физиология растений. Крупный шаг был сделан в теории питания растений. В 1840 немецким учёным Ю. Либихом были сформулированы основные положения теории минерального питания растений, согласно которой лишь неорганическая природа доставляет пищу растениям. За гумусом оставалась косвенная роль воздействия на минеральную часть почвы при помощи углекислоты, образующейся при его разложении. Ошибочной в теории Либиха была недооценка азотных удобрений. Современником Либиха французским ученым Ж. Буссенго было установлено, что азот, так же, как и зольные элементы, растения берут из почвы. Буссенго создал первую в Западной Европе опытную станцию в Эльзасе (1837). Развитие А. во многом обязано работам Ротемстедской опытной станции (Англия). Большую роль в А. сыграл немецкий учёный Г. Гельригель, опытным путём доказавший симбиоз бобовых культур с клубеньковыми бактериями (1886). В этот же период значительно продвинулась вперёд та отрасль А., которая впоследствии была названа агрофизикой.
Работами Г. Менделя (Австрия, 1868), А. Вейсмана (Германия, 1899), Т. Моргана (США, 1911) была сформулирована теория наследственности. Существенный вклад в развитие агрономических знаний внесли труды американского селекционера Л. Бёрбанка по созданию новых форм плодовых, декоративных и др. с.-х. растений, В США большое внимание уделяют изучению сухого земледелия (возделывание с.-х. растений в засушливых районах без орошения), разработке мер борьбы с сорняками, болезнями и вредителями сельского хозяйства, а также способов устранения эрозии почв. В Западной Европе и США успешно развивалась химизация земледелия (применение удобрений, известкование почв и т. д.), селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур.
А. в России, как и в других странах, прошла длительный путь развития. В древнерусских литературных памятниках содержались некоторые сведения о приёмах ведения сельского хозяйства. Сохранились также разрозненные записи по вопросам сельского хозяйства, имевшие практический характер. В 1-й половине 18 в. в России появились переводные руководства по сельскому хозяйству и домоводству. Большая роль в становлении отечественной А. принадлежит М. В. Ломоносову, который в своих трудах развивал прогрессивные агрономические идеи, настойчиво добивался развития агрикультуры, постановки опытов, изучения сельского хозяйства России. Организованное в 1765 Вольное экономическое общество сыграло большую роль в развитии отечественной А. Значительное влияние на русскую А. оказали труды и практическая деятельность А. Т. Болотова и И. М. Комова, которые подвергли критике господствовавшую в то время паровую систему земледелия. Болотов предлагал вместо трёхпольных севооборотов вводить семипольные, уменьшив площадь под паром и заняв три поля травами. Комов первым из русских учёных обосновал плодосменную систему земледелия с посевом бобовых трав и корнеплодов и заменой пара пропашными культурами. Будучи хорошо знаком с зарубежным опытом, он выступал против шаблона, рецептуры и упрощенчества в А., рекомендовал ставить опыты и повторять их до тех пор, пока не убедишься в достоверности полученных результатов. В 1-й половине 19 в. значительный вклад в русскую А. внёс М. Г. Павлов, в трудах которого были заложены научные основы земледелия (значение почвенных процессов в питании растений, применение удобрений, переход от зернового трёхполья к интенсивной плодосменной системе земледелия). Павлов придавал большое значение практике, считая, что именно она является приведением теории в действие. В работах А. В. Советова (2-я половина 19 в.) обобщено всё лучшее, что было к тому времени в русской практике и в литературе о системах земледелия, устанавливалась зависимость форм земледелия от общественно-экономических условий. Советовым была дана классификация систем земледелия и история их. Учение о системах земледелия в конце 19 и начале 20 вв. получило дальнейшее развитие в трудах А. Н. Шишкина, А. П. Людоговского, А. С. Ермолова, И. А. Стебута, В. Р. Вильямса, Д. Н. Прянишникова и др. учёных. Значительный вклад в А. внёс В. В. Докучаев, который создал учение о почве как об особом естественно-историческом теле, развивающемся под воздействием ряда факторов. Вместе с Н. М. Сибирцевым он разработал научную классификацию почв по их происхождению, а также меры по восстановлению и повышению плодородия русского чернозёма. Одновременно П. А. Костычевым была заложена основа агрономического почвоведения. Генетическое почвоведение изучает почву как естественноисторическое тело, агрономическое — рассматривает её как основное средство с.-х. производства. Исследованиями Костычева была вскрыта сущность взаимосвязи между почвой и растениями, показана роль человека в изменении этих связей. Изучая процессы разложения органических веществ почвы, Костычев установил решающую роль в этом процессе различных групп низших организмов. В конце 19 — начале 20 вв. отечественное почвоведение продолжали развивать К. Д. Глинка, В. Р. Вильямс, Л. И. Прасолов. Используя методы физической и коллоидной химии, разрабатывал учение о поглотительной способности почвы К. К. Гедройц, исследования которого позволили объяснить многие процессы почвообразования, изменения важнейших агрономических свойств почвы.
Зарождение отечественной агрохимии в 60—70-х гг. 19 в. связано с именем Д. И. Менделеева, исследовавшего вопросы питания растений и повышения урожайности с.-х. культур. Особое внимание Менделеев уделял применению удобрений и использованию питательных веществ подпахотных слоев почвы. Большая заслуга в развитии основ русской А. принадлежит А. Н. Энгельгардту, который в 70—80-е гг. в своём имении Батищево (Смоленская губерния) изучал эффективность минеральных и органических удобрений, роль извести и люпина. В результате многолетней научной деятельности Д. Н. Прянишникова были изучены процессы усвоения растениями аммиачного азота, что позволило организовать промышленное производство аммиачных удобрений и широко применять их в земледелии, а проведенные им исследования фосфоритов способствовали развитию производства фосфорных удобрений. Прянишников установил роль бобовых культур в азотном балансе, развил учение о плодосменной системе земледелия и севооборотах.
Крупнейший вклад в физиологию и теорию питания растений внёс К. А. Тимирязев, который провёл классические исследования фотосинтеза, рассматривая его в непрерывной связи с корневым питанием растений. Положение Тимирязева о том, что изучение требований растений есть коренная задача научного земледелия, служит до сего времени ориентиром в развитии агрономических дисциплин. Успехи с.-х. микробиологии в России связаны с научной деятельностью С. Н. Виноградского, который в 1889 выделил бактерии, вызывающие процесс нитрификации; он доказал, что окисление аммиака в почве происходит в две фазы, каждая из которых обусловлена деятельностью разных бактерий. Виноградским изучена биология серобактерий и железобактерий; выделены микроорганизмы, усваивающие свободный азот воздуха. Пользуясь его методами, микробиологи продолжают дальнейшие исследования роли почвенных микроорганизмов. В 1892 Д. И. Ивановским открыт фильтрующийся вирус и тем самым положено начало новой ветви в биологической науке — вирусологии, имеющей большое значение для сельского хозяйства.
