Первая половина XIX в. связана с развитием естественных наук и началом развития капитализма в Западной Европе. Капитализм вывел сельское хозяйство из векового застоя и дал толчок к преобразованию его техники и развитию производительных сил.
Из агрономической науки выделились как самостоятельные дисциплины химия, физиология растений, физиология животных и др. В этот период большую роль в развитии научного земледелия сыграли работы немецких ученых А. Тэера, Ю. Либиха и французского ученого Ж. Б. Буссенго.
Выдающийся немецкий агроном А. Тэер (1752—1828) различал обучение земледелию как ремеслу, как искусству и как науке. Ремеслу обучаются механически, приобретая «подражательные навыки» в самой работе, хотя бы и без стремления к объяснению, почему надо делать так, а не иначе. «Искусство есть приведение в действие мысли. Хозяин, знающий земледелие как искусство, перенимает от других понятия или правила для своих действий, по одной к ним доверенности; следовательно, обучение земледелию как искусству состоит в присвоении себе чужих понятий, в изучении правил и в навыке приводить оные в исполнение. …Между тем наука земледелия не определяет ни одного положительного правила (т. е. рецепта), но она раскрывает начала, по коим изыскивает возможно лучшие приемы для каждого встречающегося случая, начиная с точностью различать оные. Искусство исполняет данный и принятый закон, наука дает законы». А. Тэер известен работами по вопросам севооборотов, удобрений и обработки почв. Он выдвинул гумусовую теорию питания растений (1809) считая, что для питания растений необходим только перегной. Эта теория господствовала на протяжении ряда лет и была подвергнута научной критике Ж. Б. Буссенго (1802—1887) в 1838 г. Вместо гумусовой (углеродной) теории Буссенго выдвинул азотную теорию удобрения растений. Установив, что клевер и люцерна обогащают почву азотом, он высказал предположение, что они берут азот из воздуха. Буссенго принадлежит приоритет в открытии действия селитры на растения.
Ю. Либих (1803—1873) в книге «Химия в приложении к земледелию и физиологии» (1840) обосновал теорию минерального питания растений, сформулировал закон возврата, согласно которому для поддержания урожая на прежнем уровне необходимо возвращать в почву зольные вещества, вынесенные растениями. Работы Ю. Либиха высоко ценил К. Маркс, который говорил, что выяснение отрицательных сторон современного земледелия с точки зрения естествознания представляет собой одну из бессмертных заслуг Ю. Либиха. Однако в силу отсутствия в ту пору научных сведений о микробиологических процессах в почве и их роли в круговороте веществ Ю. Либих ошибочно полагал, что растения обеспечивают себя азотом сами, усваивая его из воздуха. Проверяя теорию Ю. Либиха, английский ученый Д. Лооз (1814—1900) показал, что зола от сожжения навоза не заменяет последнего, а минеральные удобрения, если в их состав входит азот, заменяют.
Особое место в агрономической науке в России в первой половине XIX в. занимает профессор кафедры минералогии и сельского домоводства Московского университета М. Г. Павлов (1793—1840). Современники называли его «основателем теории земледелия в России». Он сделал много оригинальных работ и высказал ряд интересных идей, не потерявших своего значения и до нашего времени, по вопросам севооборотов, травосеяния. В севооборотах под Москвой кроме многолетних прав им вводились и изучались картофель и сахарная свекла. По тому времени это было новым и прогрессивным для России. Им были разработаны многие вопросы о роли почвенных процессов в питании растений, применении удобрений, замене трехпольной системы земледелия на плодосменную. М. Г. Павлов придавал большое значение практике земледелия, подчеркивая, что практика есть теория в действии, а теория есть практика в возможности. Кафедра, возглавляемая М. Г. Павловым, популяризировала значение и методы применения органических и минеральных удобрений. Еще в 1837 г. М. Г. Павлов указывал на целесообразность внесения костяной муки одновременно с семенами в рядки при посеве. Он придавал большое значение зеленому удобрению, клеверу как предшественникам под озимые культуры, рациональному применению навоза, известкованию и гипсованию почв. М. Г. Павлов был сторонником глубокой вспашки. При помощи плуга его конструкции глубина пахотного слоя на полях Бутырского хутора под Москвой была доведена до 27— 30 см. Им написан пятитомный труд «Курс сельского хозяйства» (1837), по которому долгое время обучались русские агрономы.