基因工程技术发展了新的育种理论和育种技术，使人为调控作物的生长发育成为可能。基因工程是指在离体条件下对不同生物的遗传特性进行人为"加工"，并按照人们的意思重新组合，以改变生物的性状和功能，然后再通过适当的载体将重组DNA转入生物体或细胞内，并使其在生物体内或细胞中表达，从而获得新的生物机能。
基因工程技术从根本上革新了孟德尔遗传学的染色体育种理论，创立了分子育种和基因育种的理论及方法，打破了自然界生物不同种间杂交中遗传物质转移交换的障碍，不仅使科属间的生物杂交成为可能，而且使高等生物与微生物、动物和植物的杂交成为现实。从某种意义上说基因技术开创了按人们的意愿改造和创造生物新品种的时代。
转基因操作能够控制种子的发育和代谢。通过对花色素基因的控制，使鲜花开放出人们需要的色彩；通过对蔬菜顺义和反义反成熟基因的控制，美科学家培育出了提前或延迟成熟的番茄；日本科研人员将C4植物的磷酸烯酵式丙酮酸酸酶（PEPG）基因分离，并移植到C3植物水稻的细胞内，使水稻固定C02的效率提高了5％～30％，光合作用提高了40～100倍。
应用分子设计原理和分子育种方法，美、英、中、法、日等国的科学家对小麦、玉米、水稻、棉花、马铃薯等100多种农作物和果树、蔬菜、花卉进行了转基因改良。从1983年第一例转基因作物培育成功，全球大约有13个国家进行了3000多次转基因作物的田间试验，已有5科120多种作物经过转基因改良，种植转基因作物面积达3770万公顷。有20余种作物得到了改良基因并投入使用；培育出了含蛋白质高达20％～30％的水稻，含淀粉20％～40％的高淀粉马铃薯。
通过转基因技术将把某些昆虫、微生物、病毒或野生植物的抗病虫基因转移到农作物细胞内，从而使农作物获得抗病基因或杀虫基因，大大减少农药的使用和对生态环境的污染。全球已经培育出了几十种抗病虫、耐除草剂作物，如抗除草剂大豆、烟草，抗病水稻、马铃薯，抗虫棉、抗玉米螟玉米等，转抗穗发芽基因小麦、抗白粉病小麦业已进入中试阶段。抗病虫基因转移正在由单一抗性向复合抗性发展。在全球种植的4420公顷的转基因作物中，抗病虫及耐除草剂作物约占总面积的85％以上。
转基因技术把植物、动物、微生物或病毒的某些优良抗性基因转移到作物中，以提高其抗逆性。如美国斯坦福大学的研究人员把仙人掌的抗旱基因转入小麦细胞中，获得了具有抗旱特性的小麦植株；日本的科研小组将大肠杆菌的过氧化氢酶基因植入植物叶绿体中，培育出了能在沙漠恶劣气候条件下旺盛生长的"沙漠1号"植物。
转基因动物开创了用基因技术改良畜牧业的先河。将某些特定的外源基因导入动物早期胚胎细胞并整合到动物基因中，通过生殖细胞再传给后代，由此得到含有外源基因的"新动物"。现已培育出了转基因山羊、奶牛、兔、鱼、鸡、猴等20多种家禽家畜。如1990年荷兰培育出的世界上第一头转基因奶牛，它的乳汁中含有人乳铁蛋白，这种牛乳制成的奶粉年产值高达50亿美元；以色列特拉维夫的武尔卡研究所培育的含人血清蛋白的转基因山羊，1年可提供10千克特种蛋白，可创产值数万美元；加拿大温哥华的研究人员培育的转基因大马哈鱼平均较对照组马哈鱼重11倍，创造了鱼类品种改良的奇迹。
