Az ökológia tudománya az élőlények egymás és környezetük közötti kapcsolatát kutatja. A természetben a tápanyagok és az energia körforgásában a különböző élőlényeknek különböző szerep jut, az azonban jellemző, hogy a természet az emberi rendszerekhez képest igen hatékonyan, mondhatni hulladéktermelés nélkül működik. Ami az egyik élőlény mellékterméke, az egy másik élőlénynek a fejlődéséhez szükséges tápanyagokat jelenti. Az élőlények között azonban egyéb kapcsolatok is kialakulhatnak, amelyek lehetnek kedvezőek (pl. a gombák és fák gyökerei között kialakuló kapcsolat, amely mindkét fél számára kedvező életfeltételeket biztosít) vagy kedvezőtlenek (pl. amikor két élőlény ugyanazon erőforrásokért kénytelen versenyezni).
Az ökológiai vagy bio mezőgazdaság alapja az imént ismertetett ökológiai kölcsönhatások kiaknázására épít. Az ipari mezőgazdasággal ellentétben vegyszereket, műtrágyákat nem használ, bár bizonyos ásványi eredetű tápanyagok és természetes anyagokból nyert permetszerek engedélyezettek. A lényeg azonban, hogy a növényvédelem és a tápanyagellátás kérdéseire a választ az ökológiai mezőgazdaság elsősorban a természetes folyamatokban keresi. A gyakorlatban a tápanyagellátás az állati eredetű trágyák, növényi komposztok és a veszteségek csökkentésére épít, amely például a betakarítás után a növényi maradványok területen hagyását jelentheti. A növényvédelemben az ökológiai mezőgazdaság elsősorban arra épít, hogy egy kellően változatos mezőgazdasági rendszerben a kártevők is nehezebben szaporodnak el. Ha már megtörtént a baj, a biogazda a kártevők természetes ellenségeire számíthat. Hogy a természetes ellenségeknek megfelelő életkörülményeket teremtsen és hogy a természetes folyamatok megfelelően segítsék a mezőgazdasági termelést, a jó biogazda tudománya nem áll meg a búzaföld határán. A klasszikus értelemben vett ökológiai gazdaság a nem mezőgazdasági termelésbe vont területeket, a környező tájat is ápolja, hiszen hosszútávú fennmaradása ettől is függ. A gyakori vélekedéssel ellentétben az ökológiai mezőgazdaság nem egyenlő a paraszti gazdálkodással, az ősi mezőgazdasággal. Bár gyakran nyúl a hagyományosan bevált, helyi technikákhoz, az elmúlt évtizedekben bekövetkezett térnyerésében igen nagy szerep jutott a modern tudományos kutatásoknak mind mezőgazdasági és ökológiai, mind társadalom és gazdaságtudományi területeken.
Az ökológiai mezőgazdaságot gyakran érik támadások, elsősorban azért, mert a termésmennyiségek nem érik el az ipari mezőgazdaság által termelteket. Ha a hatékonyságot csupán a termésmennyiségben és az érte kapott pénzben mérjük, akkor valóban megkérdőjelezhető az ökológia gazdaság hatékonysága (bár a bio címkével ellátott termékért a gazda több pénzt kap). Fontos azonban kiemelni, hogy az ökológiai mezőgazdaság „mellékhatásai” igen kedvezőek. Ezek közé sorolhatjuk a magas természeti változatosságot, a környező táj ápolását, a vegyszermentes termelés környezetkímélő hatását. Az ipari mezőgazdasággal ellentétben az ökológiai gazdálkodás a tájat nem egységesíteni igyekszik, hanem próbál ahhoz alkalmazkodni. Ehhez szükséges, hogy az adott környezeti viszonyokhoz, klímához alkalmazkodott fajtákat válasszon a termelésben, ezzel azonban a régi, hagyományos tájfajták fennmaradásait is segíti. Szintén a hatékonyság kérdéseit feszegeti, hogy az ökológiai termelés igen munkaerő igényes, ami egy gazdasági vállalkozás esetén növeli a költségeket. Azonban itt fontos kiemelni, hogy mivel nem támaszkodik külső forrásokra (műtrágya, permetszer) ideális megoldást nyújthat elszegényedett, munkanélküli vidéki közösségeknek az éhezés és a gazdasági kiszolgáltatottság problémáira. Az ökológiai mezőgazdaságban rejlő lehetőségek világszerte a kiutat jelenthetik a vidék kiüresedéséből, ugyanis kis léptékű, a környezethez alkalmazkodó élelmiszertermelést tesz lehetővé.
A könnyebb eligazodás érdekében az alábbi táblázatban összevetettük az ökológia és az ipari mezőgazdaság tulajdonságait.
