W połowie XIX wieku zaczęto po raz pierwszy naukowo badać, czym odżywiają się rośliny. W 1860 roku niemiecki botanik Julius von Sachs odkrył możliwość stosowania hydroponiki (kultury wodnej). To metoda uprawy bez użycia gleby – wykorzystuje się wyłącznie wodę z dodatkiem odpowiednich pożywek. Sachs eksperymentował z chemikaliami zawierającymi azot, żelazo, potas, wapń, magnez, fosfor i siarkę. Dzięki temu odkryciu dziś uprawy hydroponiczne stosuje się na skalę przemysłową, szczególnie tam, gdzie gleba się do tego nie nadaje.

Niemal równolegle z postępami techniki podejmowano próby precyzyjniejszego wpływania na cechy roślin uprawnych oraz starano się zrozumieć, od czego one zależą. Pod koniec XVII wieku niemiecki botanik i medyk Rudolf Camerarius wykazał, że także rośliny (choć nie wszystkie) rozmnażają się płciowo, a ich pyłek pełni analogiczną funkcję do nasienia w świecie zwierząt. Podejrzewał, iż skrzyżowanie różnych odmian może dać efekt w postaci pojawienia się nowej, o jeszcze korzystniejszych cechach z punktu widzenia rolnika. Potwierdził to niedługo później brytyjski botanik Thomas Fairchild, który w 1718 roku uzyskał pierwszą międzygatunkową krzyżówkę – goździka ogrodowego i goździka brodatego (sam przeniósł pyłek z tego pierwszego do kwiatów drugiego). Podobnym sposobem, w połowie XVIII wieku, powstała w Europie truskawka, będąca krzyżówką dwóch gatunków poziomek – przywiezionego z Chile oraz pochodzącego ze wschodniej części Ameryki Północnej.

Mistrzem podobnych krzyżówek stał się amerykański botanik i ogrodnik Luther Burbank (1849–1926), który przeprowadził tysiące eksperymentów, między innymi łącząc brzoskwinię z migdałowcem, śliwą i morelą. Twierdził też, że skrzyżował trzydzieści siedem różnych gatunków jeżyn. Spod jego ręki wyszedł słynny ziemniak Burbank, którego potomkiem jest jedna z najbardziej popularnych współczesnych odmian (to z niej powstają między innymi frytki sprzedawane w sieci McDonald’s). W sumie w ciągu pięćdziesięciu pięciu lat Amerykanin uzyskał około ośmiuset nowych odmian roślin. W 1893 roku Burbank pisał proroczo, że ludzkość „stoi u wrót naukowego ogrodnictwa”. A osiem lat później mówił z kolei, podczas publicznego wystąpienia w San Francisco, iż gatunki stały się w rękach człowieka czymś na kształt gliny w dłoniach rzeźbiarza. Tak daleko nauczyliśmy się je modyfikować.

Burbank miał sporo racji, aczkolwiek to, co robił, właściwie w dużym stopniu było działaniem po omacku. Wprawdzie fundamentalny dla zrozumienia mechanizmów dziedziczenia i genetyki artykuł – oparty głównie na badaniach krzyżówek groszku – został opublikowany przez czeskiego zakonnika Grzegorza Mendla już w 1866 roku, ale jego wagę doceniono dopiero na przełomie wieków. Mniej więcej w tym samym czasie, bo był to rok 1902, niemiecki botanik Gottlieb Haberlandt sformułował teorię, iż każda komórka roślinna może zawierać pełną informację potrzebną do powstania całej rośliny. Dlatego da się ją wyhodować z małego fragmentu liścia czy korzenia. Jego przypuszczenia potwierdziły się pół wieku później. Nauczono się wówczas hodować i powielać w laboratorium, oczywiście na odpowiedniej pożywce, komórki pobrane z roślin i przekształcać je za pomocą zidentyfikowanych wówczas hormonów roślinnych w korzenie, pędy czy pączki.

Pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku znów zdarzyło się coś istotnego. Francuski botanik Georges Morel zajął się ziemniakami zaatakowanymi przez pewnego wirusa powodującego deformację liści. Naukowiec zauważył, że nawet w bardzo zainfekowanych roślinach pewne ich fragmenty nie zostały dotknięte chorobą. Pobrał więc z nich komórki, by hodować je na szalce laboratoryjnej (in vitro), traktując mieszaniną substancji odżywczych i roślinnych hormonów. Dzięki temu przekształciły się w tysiące identycznych roślin, czyli genetycznych klonów wyjściowego ziemniaka (w dodatku wolnych od infekcji wirusowej). Tak narodziła się nowa technika hodowli roślin, dziś stosowana na masową skalę, na przykład przez producentów storczyków. Większość z wystawionych w kwiaciarniach i sklepach powstaje właśnie w ten sposób: klonowania poprzez namnażanie komórek na szalce laboratoryjnej i przekształcania ich w całe rośliny.

Manipulowanie komórkami w laboratorium wprowadziło także na nowe tory starą technikę krzyżówek. Stało się to możliwe dzięki sztucznemu uzyskiwaniu protoplastów, czyli – mówiąc w skrócie – komórek pozbawionych chroniących je ścian zniszczonych przez eksperymentatorów za pomocą enzymów trawiennych. Taką „bezbronną” komórkę można – traktując ją prądem elektrycznym – połączyć z protoplastem pochodzącym z innej rośliny. Gdy już do tego dojdzie, odtwarza się ściana komórkowa i można w laboratorium wyhodować coś nowego. W ten sposób powstała w 1978 roku krzyżówka ziemniaka i pomidora. Udało się również połączyć tę drugą roślinę z dzikim bakłażanem. Technika ta oczywiście nie służyła wyłącznie do eksperymentów i kreowania dziwnych krzyżówek – na przykład za jej pomocą w 2002 roku powstała nowa odmiana ryżu odporna na szereg chorób.

W XX wieku wprowadzono do hodowli roślin jeszcze dwie ważne nowe metody. Po pierwsze, na początku ubiegłego stulecia zaczęto wykorzystywać w przypadku niektórych roślin uprawnych zjawisko „wybujałości mieszańców” (heterozji). Dzięki niemu, krzyżując na przykład odmiany kukurydzy o różnych pożądanych cechach, można uzyskać nasiona, z których wyrosną tak zwane hybrydy kumulujące w sobie owe różne dobre cechy. Minusem tej metody jest zjawisko tracenia w następnych pokoleniach – na skutek działania naturalnych mechanizmów rządzących dziedziczeniem – części cech (na przykład zdolności wysokiego plonowania). Z tego powodu rolnicy co roku kupują nowe nasiona hybryd tworzonych przez hodowców roślin uprawnych.