Dentro da variabilidade genética existente, o melhorista escolhe, pela aparência ou fenótipo, os genótipos mais convenientes para cultivo na lavoura, ou seja, com melhor tipo agronômico, mais adaptados, mais resistentes a doenças e/ou mais produtivos. Em seguida, efetua cruzamentos entre os indivíduos que apresentam as características que deseja reunir e avalia seus descendentes, selecionando entre as plantas resultantes das recombinações, que ocorreram ao acaso, até que não detecte mais variação. Os genótipos selecionados são avaliados em ensaios estatisticamente planejados e, eventualmente, recomendados para plantio pelos agricultores, por suas caraterísticas superiores.

A condução de um programa de melhoramento genético de plantas exige um enfoque multidisciplinar: várias áreas do conhecimento contribuem para que seja produzido um genótipo superior ao que está disponível para cultivo pelos agricultores. Apesar da Genética ser a disciplina central do melhoramento de plantas, o melhorista necessita conhecer também a fisiologia e a anatomia da planta, as disciplinas do solo, do clima e dos patógenos, além da estatística, da sociologia e da economia, para projetar as necessidades futuras da agricultura, uma vez que os ecosistemas são dinâmicos e o genótipo selecionado hoje estará disponível na lavoura vários anos mais tarde. Quanto maior o conhecimento disponível, mais instrumentos podem ser utilizados para gerar genótipos superiores.

Como mencionado anteriormente, o melhoramento genético clássico depende de recombinações ao acaso de grande blocos de genes e de enorme e penoso trabalho de seleção para desenvolver novas variedades de plantas cultivadas. Com o advento da transgênese, é possível isolar um gene apenas, de qualquer espécie, não mais apenas de indivíduos da mesma espécie ou de espécies silvestres próximas.

Muitos outros instrumentos da biologia celular e da biologia molecular estão disponíveis para apoiar o melhoramento de plantas. Antes, o melhorista trabalhava somente com a planta inteira, no campo ou em condições controladas. Agora, órgãos, tecidos, células e moléculas da planta podem ser manipulados, caracterizando a biotecnologia como uma verdadeira revolução tecnológica.