Los avances más importantes en la biotecnología agrícola se han realizado en el ámbito de las investigaciones sobre la estructura de los genomas y los mecanismos genéticos en que se basan diversas características de importancia económica. La disciplina de la genómica, en rápido progreso, está proporcionando información sobre la identidad, la localización, los efectos y las funciones de los genes que afectan a esas características, y estos conocimientos impulsarán cada vez más la aplicación de la biotecnología en todos los sectores de la agricultura. La genómica sienta las bases para actividades posteriores, incluidas nuevas disciplinas como la proteómica y la metabolómica, destinadas a generar conocimientos sobre la estructura de los genes y las proteínas, así como sobre sus funciones y su interacción. Estas disciplinas intentan comprender de forma sistemática la biología molecular de los organismos con fines prácticos.

También ha progresado rápidamente la elaboración de una gran variedad de tecnologías y equipos para generar y procesar información sobre la estructura y el funcionamiento de los sistemas biológicos. El uso y organización de esa información se denomina bioinformática. Los avances en la bioinformática permiten predecir el funcionamiento de un gen basándose en datos sobre su secuencia: a partir de una lista de los genes de un organismo será posible construir el marco teórico de su biología. La comparación entre mapas físicos y genéticos y secuencias del ADN de distintos organismos reducirá considerablemente el tiempo necesario para identificar y seleccionar genes potencialmente útiles.

La elaboración de mapas genéticos que indican la localización exacta y las secuencias de los genes ha puesto de manifiesto que incluso genomas relativamente distantes comparten rasgos comunes. La genómica comparada ayuda a comprender muchos genomas tomando como base el estudio intensivo de unos pocos de ellos. Por ejemplo, la secuencia del genoma del arroz es útil para estudiar los genomas de otros cereales con los que comparte rasgos en función de su grado de afinidad. Ahora se dispone de modelos para especies de casi todos los tipos de cultivos y animales, y el conocimiento de sus genomas está aumentando rápidamente.