El fundamento científico de la agricultura ecológica es la agroecología, ciencia integradora que se ocupa del estudio de la agricultura desde una perspectiva global: considerando no sólo el aspecto técnico, o agronómico, sino también los otros aspectos: el social, el económico y el
medioambiental.

El objetivo de la agroecología es conseguir que la actividad agraria, desde cualquiera de los cuatro puntos de vista considerados, sea sostenible (capaz de perdurar indefinidamente en el
tiempo y por sus propios medios, con el mínimo de apoyo exterior).
Las técnicas de agricultura ecológica constituyen el aspecto agronómico de la agroecología. Se aplican con el objetivo de conservar a largo plazo la fertilidad del suelo y de que el agricultor sea lo más autosuficiente posible, tanto en fertilizantes como en fitosanitarios.

Las razones de los agroecólogos para oponerse al empleo de técnicas de agricultura convencional no son solo agronómicas: no se introdujeron en su día en respuesta a una necesidad real sino porque, después de las guerras mundiales, había excedentes de productos químicos que ya no podían absorber otras actividades; causan problemas de desertización,  especialmente graves en climas tropicales cuando se aplican técnicas desarrolladas para climas templados, como se ha visto en los países que aplicaron la llamada "revolución verde"; tampoco la manipulación genética aplicada en agricultura responde a las necesidades de los agricultores sino, desde el punto de vista de los agroecólogos, a la estrategia de ciertas grandes empresas para consolidar su posición.

Considerando el punto de vista social, también es objetivo de la agricultura ecológica que el trabajo del agricultor esté bien considerado socialmente, y que su producción sea remunerada en lo que realmente vale. Otro objetivo importante, aunque probablemente no sea el principal, es proporcionar al consumidor alimentos nutritivos y seguros en cantidad suficiente. Es de destacar que en este punto el concepto de "nutritivo" y de "seguro" que se le garantiza al consumidor va más allá de lo aceptado oficialmente por las autoridades: se considera nocivo cualquier contenido de residuos de fitosanitarios en los alimentos, aunque esté por debajo de los límites máximos de residuos que se permiten con carácter general en la normativa.

Los fines de la agricultura ecológica han sido definidos en su manual por el IFOAM (International Federation of Organic Agriculture Movements), que es la organización no gubernamental que agrupa a las asociaciones de agricultores, centros de investigación y organismos de control que se ocupan de la agricultura ecológica; son los siguientes, y resumen lo que se entiende por sostenibilidad en la agricultura:
- Producir alimentos de elevada calidad nutritiva en suficiente cantidad
- Fomentar e intensificar los ciclos biológicos dentro del sistema agrario, comprendiendo los microorganismos, flora y fauna del suelo, las plantas y los animales
- Mantener e incrementar a largo plazo la fertilidad de los suelos
- Emplear en la medida de lo posible recursos renovables en sistemas agrarios organizados localmente
- Minimizar todas las formas de contaminación producidas por las prácticas agrícolas
- Mantener la diversidad genética del sistema agrícola y de su entorno
- Permitir que los productores agrarios lleven una vida acorde con los derechos humanos reconocidos, cubran sus necesidades básicas, obtengan unos ingresos adecuados, reciban satisfacción de su trabajo y dispongan de un entorno natural sano
- Tener en cuenta el impacto social y ecológico del sistema agrario