传统农业是一种资源密集型、劳动密集型产业，但科技的发展，特别是生物技术、信息技术、物流业的飞速发展，正让农业摆脱水土等资源和劳动力的束缚。
土地是传统农业的载体和根本。但人口的持续增长、土地资源的枯竭、极端气候事件的频发，已经使传统农业的发展到了“瓶颈期”。因此，科学家们提出了“垂直农业”的概念，也就是利用先进的种植技术，把农业向上延伸，而不是向外扩展。这来源于对植物生长机理的理解和利用——我们知道，植物生长靠太阳，它们利用太阳光进行光合作用，把空气中的二氧化碳和水转变成葡萄糖、淀粉等有机物，这样就可以长高、长大，直到开花结果，繁育后代。垂直农业利用的就是这个原理，即在适宜的条件下，只要给植物足够的光和必需的营养，就可以实现植物的室内种植——把庄稼“种”到空中去，把一幢幢高楼大厦变成一座座农场，用车间生产的办法来生产粮食和瓜果，甚至鸡鸭鱼肉。这种植物产品生产的工厂化农业系统，就是“植物工厂”。植物工厂是对光、温、湿、二氧化碳及营养等生长环境条件全智能控制的植物高效稳定生产系统。目前，植物工厂是设施农业发展的高级阶段，被看成农业产业化领域的“活力股”和“潜力股”，代表着未来农业的发展方向。研究发现，只要对生长环境进行控制，就可以对植物的生长周期进行调控。通过增加光照、改变“光配方”、改善营养液成分等，就可以实现对植物生长周期和生长状态的控制。比如，生菜和小白菜在农田里栽培需要30-40天才能收获，但是在植物工厂中种植，仅需20天左右。因此，在植物工厂里，植物生长在人工王国，只要有足够的光照（能量）和营养（水分、空气、矿物质等），水果、蔬菜乃至粮食就可以“长了一茬又一茬”，几乎不受外界的天气、光照和土壤环境的影响。和田野生产不同，植物工厂要求洁净的栽培空间，对某些育苗、组织培养型的植物工厂来说，甚至需要无菌培养室。在这种条件要求下，就需要以营养液来“饲喂”植物。植物工厂采用循环流动的营养液来为植物提供营养。我们常说，萝卜青菜，各有所爱，不同的植物也有不同的“口味”和“取食偏好”。比如，叶菜类、茄瓜类、花菜类的蔬菜，对营养液的要求各不相同，食用类和药用类的植物对于营养液的成分、酸碱性、温度等也有不同的“挑剔”程度。这就要求植物工厂内对营养液进行个性化配制、灭菌、输送和回收，实时监控营养液发生的变化并自动补充和校正，确保植物时刻处于一个稳定优良的营养液环境中。
近几年来，“信息化”和“人工智能”不仅是两个使用率非常高的时髦词汇，也变成了很多行业的核心词汇和努力方向。同样地，在信息化和人工智能的共同帮助下，智慧农业离我们越来越近。无人机、智能机器人、大数据技术在农业上的应用，将使农业进入数字化、精准化、网络化和智能化的智慧农业时代。我们可以把数据平台看作是智慧农业的“大脑”，它通过数据应用服务和集成系统来获取和分析数据并进行决策，从而指导农业生产。因此，未来的农民将和锄头、水泵说“拜拜”，因为他可以通过远程操作来完成从播种到收获的各个环节。和传统农业相比，以数字科技为支撑的未来农业将是集约化、规模化、环境友好型的高效农业，是一场翻天覆地的生产方式变革。因此，农业成了蓬勃向上的朝阳产业，未来的农场是无污染绿色生态农场，农民也将成为人人羡慕的职业。随着人民生活水平的提高，人们不再满足于吃饱肚子，而更注重于摄取绿色、健康的食品。生物技术的发展促进了农业和健康产业的结合，一来科学技术不断解析食品成分、膳食结构和营养条件与人体健康的关系，使人们了解怎样通过“吃”来增强体质、提高免疫力；二来现代生物技术使培育具有特殊功能的植物成为可能，育种技术和栽培技术的提高，可以实现农产品定量富集某些营养成分或功能性物质，引领未来农业向功能性农业发展，生产优质、营养和具有某些特殊功能的食品，也常被称为功能农产品。
根据功能食品的消费群体，可以把功能食品分为一般性功能食品和特殊性功能食品。一般性功能食品的着眼点是营养和保健，针对健康消费群体。促进营养均衡、增加膳食纤维、调节机体生理状态、提高免疫力等，往往通过食用一般性功能食品而实现。比如α-亚麻酸（ALA）属于Omega-3系列多不饱和脂肪酸，是机体必需的生命活性因子二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）的合成前体，对健康至关重要，但是人体不能自身合成α-亚麻酸，α-亚麻酸在我们的日常食物中含量也很低。
为特殊人群生产特异功能食品一直是科学家们努力的方向。有数据显示，中国人的平均体重超过了其他很多国家，中国也成为世界上“最胖”的国家之一。肥胖症、糖尿病、高血压、高血脂等“富贵病”也越来越常见，为此大家总在问，有没有让人吃了不发胖的食物？可不可以给糖尿病患者生产特殊的粮食？富含高抗性淀粉的谷物是一个有效的解决途径，也是国内外作物育种和功能食品研究的热点。
大米、面粉、玉米面的主要成分是淀粉，比如在小麦种子中，淀粉含量占胚乳重量的80%以上。我们吃的淀粉首先被淀粉酶水解，逐级消化产生寡糖、葡萄糖，直接被人体利用或者以糖原的形式存储在肝脏。而抗性淀粉主要存在于高直链、低支链淀粉颗粒中，被称为“抗酶解淀粉”或“难消化淀粉”，人吃下后难以快速消化，有助于保持血糖水平的恒定，还具有膳食纤维的功能，促进肠胃蠕动，增加锌、钙、镁离子的吸收，不仅可以促进人体健康，还是糖尿病和肥胖症患者的理想口粮。
基因组学研究、分子设计育种、基因编辑技术、合成生物学技术、野生种质资源挖掘和植物栽培技术的飞速发展，已经为科学家们提供了制造更健康的食品和培育更多功能农产品的技术、方法和材料。
随着对基因和分子模块功能的深入研究，某些农作物的育种过程也越来越像模块玩具的“插件拼装”过程，而合成生物学和基因编辑技术，不仅可以将植物体原本不存在的合成代谢途径导入植物，还可以实现野生资源的快速驯化，因此，在多种分子生物研究技术的加持下，将不同的优良性状结合起来，培育出高产、抗逆、绿色、营养、具有特种功能的新品种，满足不同消费者需要，已慢慢成为农业生产的现状。
