Урожайность полевых культур определяется определенными законами, которые учитывают взаимодействие факторов и условий вегетации растений водный, питательный, световой, тепловой, воздушный режимы. К условиям вегетации относятся также реакция почвенного раствора, содержание в почве гумуса, структура, плотность, пористость, аэрация почвы, состав приземного слоя воздуха, содержание в нем углекислоты, относительная влажность воздуха, экспозиция поля, засоренность и тому подобное.

Агроэкологическая взаимодействие факторов вегетации растений в виде определенных законов была сформулирована давно, но впервые обобщил и систематизировал законы земледелия. Г. Уильямс. Он выделил шесть основных законов земледелия. Закон незаменимости факторов заключается в том, что ни один фактор роста и развития растений не может быть заменен другим. По закону минимума, или ограничительного фактора (впервые был сформулирован Ю. Либихом), урожая определяется фактором, который находится в минимуме. Согласно закону оптимума и максимума (впервые сформулирован Саксом), наибольший урожай можно получить только за оптимального уровня каждого фактора. Сущность закона совокупного действия (взаимодействия) факторов заключается в том, что минимальное воздействие фактора тем эффективнее, чем больше других факторов находится в оптимуме. В. Г. Уильямс уточнил формулировку этого закона, считая, что совокупное действие факторов наиболее сильно проявляется при оптимальном их соотношении. Это дает возможность получить высокий урожай. По закону возврат питательных веществ, открытым внутри XIX века. Ю. Либихом, использованные растением питательные вещества должны возвращаться в почву. В современном растениеводстве значение этого закона возрастает в связи с увеличением выноса питательных веществ из почвы. Закон плодосмены сформулировал в начале XIX века. М. Г. Павлов. По этим законом, при плодозміні (чередовании культур на полях) агротехнические приемы эффективнее, чем при бессменных посевах. Этот закон является теоретическим обоснованием необходимости внедрения севооборотов.

Различают естественную и эффективную плодородие почвы. Естественное плодородие почвы зависит от его природных показателей — механического состава, содержания гумуса, условий увлажнения, содержанию питательных веществ, а эффективная — от целенаправленной деятельности человека.

Считается, что при правильном использовании почвы ее плодородие не теряется, а наоборот, повышается. Поэтому закон так называемой убывающей плодородия почвы, сформулированный учеными в XVIII ст., уже Д. И. Менделеев определил как необоснованный. Это отражено также в трудах экономистов конца XIX — начала ХХ века. Практика современного земледелия полностью это подтвердила: плодородие почвы можно удерживать на определенном уровне, снизить неудовлетворительной агротехникой и повысить, выращивая высокие урожаи.