中国传统农业科学技术是建立在直观经验基础上的，但并不局限于单纯经验的范围，而是形成了自己的农学理论。这种农学理论是在实践经验基础上形成的，表现为若干富于哲理性的指导原则，因而又可称为农学思想。“三才”理论是它的核心和总纲，中国古农书无不以“三才”理论为其立论的依据。
“三才”指天、地、人，或天道、地道、人道。该词最初出现于战国时的《易传》中，但这种思想可以追溯到更早的时代。作为中国传统哲学的重要概念，“三才”理论把天地人当作宇宙构成中的三大要素，并以此作为分析框架应用于各个领域。对农业生产中天、地、人关系的明确表述，则始见于《吕氏春秋》的《审时》篇：
夫稼，为之者人也，生之者地也，养之者天也。
“稼”指农作物，扩大一些，也不妨理解为农业生物，这是农业生产的对象。“天”和“地”，在这里并非有意志的人格神，而是指自然界的气候和土壤、地形等，属农业生产的环境因素。而人则是农业生产的主体。因此，上述引文是对农业生产中农作物(或农业生物)与自然环境和人类劳动之间关系的朴素概括，它把农业生产看作稼、天、地、人诸因素组成的整体。我们知道，农业是以农作物、畜禽等的生长、发育、成熟、繁衍的过程为基础的，这是自然再生产，但这一过程又是在人的劳动干预下、按照人的预定目标进行的，因而它又是经济再生产。农业就是自然再生产和经济再生产的统一。作为自然再生产，农业生物离不开它周围的自然环境；作为经济再生产，农业生物又离不开作为农业生产主导者的人。农业是农业生物、自然环境和人构成的相互依存、相互制约的生态系统和经济系统。这就是农业的本质。《吕氏春秋·审时》的上述概括接触到了农业的这一本质。
“三才”理论把农业生产看作各种因素相互联系的、动的整体。它所包含的农业生产的整体观、联系观、动态观，贯穿于我国传统农业生产技术的各个方面。下面举若干例子予以说明。
我国古代人民在长期趋时营农的实践中，逐步认识到气候变化中各种气象因子的相互关系，从而加深了对“时”的本质的认识。《尚书》中有《洪范》篇，是周武王克商后箕子向他陈述的天地大法。其中把“时”概括为雨、旸〔yang 阳〕(日出为旸)、燠(暖)、寒、风五种气候因素，相当于现在所说的降水量、日照、湿度、温度、气流等，这五种因素按一定数量配合，依一定次序消长，万物为之繁盛。如果某种因素太过或不及，都不利于作物的生长。春秋时代发展为“六气”的概念。“气”是一种流动的精微物质，它构成“天”的本质，而“时”则是“气”运行所呈现的秩序。后来，按气候变化的时序性制定的历法节气也被称为“时”。陈旉《农书》说：“万物因时受气，因气发生，时至气至，生理因之。”这里的“时”就是指历法中规定的四时八节二十四节气等；“气”则指温度、水分、光照等气候因素。二十四节气等是根据气候变化规律制定的，但它既已固定下来，就不可能毫无误差地反映每年气候的实际变化，难免有“时至而气未至”或“气至而时未至”的现象发生。这时，刻板地按照历法中的“时”安排农事，就会碰壁。因此，不但要“稽之天文”，而且要“验之物理”，把农事安排在适应气候实际变化的基础上。
早在先秦时代，人们就认识到在一定的土壤气候条件下，有相应的植物和生物群落；而每种农业生物或其品种都有它所适宜的环境。《考工记》：“橘逾淮而北为枳，鸲鹆〔quyu渠玉〕不逾济，貉逾汶则死，此地气然也。”这就是中国古代的风土论。所谓风土，王祯《农书》的解释是“风行地上，各有方位，土性所宜，因随气化”，这实际上是指各地不同的气候和土壤。各地风土各别，“物产所宜者，往往而异”。反过来说，生物各异的特性，是不同环境条件自然选择的结果。清陈淏子在《花镜》中说：“生草木之天地既殊，则草木之性情焉得不异？”似已模糊地认识到这一点。这种风土论是有道理的，但不应把它固定化和绝对化。人们在长期引种和育种实践中，逐步认识到农业生物和风土条件的关系并非固定不变的。北魏贾思勰通过实地考察，看到了作物引种到新的环境后会引起变异，如山西并州从河南朝歌引进的大蒜退化为百子蒜，从外地引进的芜菁块根却变大。同时他又看到作物具有逐步适应新环境的能力。他以山东青州引种四川的花椒为例：“此物性不耐寒，阳中之树，冬须草裹，不裹即死；其生小阴中者，少禀寒气，则不用裹。所谓习以性成。”(《齐民要术·种椒第四十三》)这里的“习”指对新环境条件的逐步适应，“性”则指不同于原来的新特性。事实上，历史上引种的成功，都是农业生物在人工的辅助下“习以性成”的结果。元代，政府在中原推广棉花和苎麻，有人以风土不宜为由加以反对。《农桑辑要》的作者之一孟祺专文予以驳斥。文中列举我国历史上引种成功的事例，说明在人的干预下，能够改变农业生物原有的某些习性，使之适应新的环境，从而突破原有的风土限制。这种有风土论而不唯风土论的意义，在于指出农业生物的特性是可变的，农业生物与环境的关系也是可变的。这显然是人们从长期驯化、引种和育种的实践中积累了丰富的经验而在理论上所作的概括。
在这种整体观的指导下，人们看到了生物体这一部位与那一部位之间，这一生育阶段与那一生育阶段之间的关联，看到了农业生态系统内部各种生物之间的关联，并加以利用。上面我们已经谈到不少这方面的事例，在这里可以再列举一些。例如贾思勰在论述作物品种时指出：禾谷类作物的矮秆品种高产早熟，但往往品质欠佳；高秆品种低产晚熟，但往往品质优良。这里说的是作物植株外部形态与产量质量的关系，其观察的敏锐和正确，使现代育种家为之惊叹。中华人民共和国成立以来，我国水稻产量的提高，在相当程度上得力于一批水稻矮秆高产良种，现在，小麦矮秆良种的推广又已经和继续为小麦增产开辟广阔的前景；而矮秆品种产量与质量的矛盾，至今仍是育种工作者需要努力解决的问题。相畜术也是从畜禽外部形态推断其内在品质的。我国现存最古的中兽医学专著——李石的《司牧安骥集》说：善于相马的人，掉换一下缰绳的工夫就能够指出哪些马是好马，“自非由外以知内，粗以及精，又安能始于形器之近，终遂臻于天机之妙哉”！这与中医以望闻问切，知腑脏病变，有异曲同工之妙，都反映了中国人特有的整体观的思维方式。我们的祖先不但注意农业生物的个体，而且注意农业生物的群体。例如我国现存最早的农学论文《吕氏春秋》中的《任地》、《辩土》篇等，即主张在畎亩农田的基础上实行条播、合理密植和中耕间苗，使作物行列整齐，通风透光，有足够的生长空间，长大后能相互扶持，这就形成合理的作物群体结构，变无序为有序，从总体上提高农业生物的生产能力。这比西欧中世纪实行撒播，作物在田间呈散漫无序状态，的确要高明许多。以后这种群体结构又由单一作物发展为多种作物或多种农业生物。在这样的农业生态系统中，人们对各种生物间相生相克的关系，巧妙地加以利用。如间套作和轮作复种就是利用作物间互抑或互利关系，组成合理的作物群体结构。陈旉指出，只要充分利用天时地利，加以合理安排，可以做到各种作物“相继以生成，相资以利用，种无虚日，收无虚月”(陈旉《农书》)。
也正是在这种整体观指导下，我国古代农业重视农业系统中废弃物质的再利用。中国古代的肥料，大多来源于这种废弃物。肥料是近代词汇，古代肥料称“粪”，其本义是弃除，即从住处清除出来的无用的有机物和无机物，现在俗称“垃圾”。由于这些垃圾被用作肥料，粪字也就取得肥料的意义。粪字字义的这种变化，表明中国人很早就懂得农业中废弃物的利用。王祯《农书》说：“夫扫除之秽，腐朽之物，人视而轻忽，田得之而膏泽，唯务本者(从事农业的人)知之，所谓惜粪如惜金也。故能变恶为美，种少收多。”清代杨屾在《知本提纲》中进一步把这种关系归纳为“余气相培”，指出农业产品中人类不能直接利用的部分和人畜的排泄物，包含了可以在农业生产中进行再循环和再利用的能量，这已是对农业生态系统中物质循环和能量转化的一种初步理论表述。我国古代农业创造的一些多品种、多层次的立体生产方式，正是生物互养、循环利用思想的体现。
在“三才”理论体系中，人与天地并列，这本身就包含了“天地之间人为贵”的思想。在某种意义上，人居于主导地位，但人不是以自然的主宰者身份出现的，他是自然过程的参与者；人和自然不是对抗的关系，而是协调的关系；虽然人和自然的碰撞难免发生，但秩序与和谐始终为人们所追求。我国早在先秦时代已产生保护自然资源的思想。农业生物在自然环境中生长，有其客观规律性。人类可以干预这一过程，使它符合自己的目标，但不能驾凌于自然之上，违反客观规律。贾思勰说：“顺天时，量地利，则用力小而成功多，任情返道，劳而无获”(《齐民要术》)，说的就是这个意思。因此，中国传统农业总是强调因时、因地、因物制宜，即所谓“三宜”，把这看作是一切农业举措必须遵循的原则。但人在客观规律面前并非无能为力；人们认识了客观规律，就有了主动权，可以“盗天地之时利”(陈旉语)，可以人定胜天。明代马一龙说：“知时为上，知土次之。知其所宜，用其不可弃；知其所宜，避其不可为，力足以胜天矣。知不踰力，劳而无功。”(《农说》)深刻阐述了尊重客观规律性与发挥主观能动性之间的辩证关系。
“三才”理论是精耕细作技术的重要指导思想。精耕细作的基本要求是在遵守客观规律的基础上充分发挥人的主观能动性，利用自然条件的有利方面，克服其不利方面，以争取高产。精耕细作重视人的劳动(“力”)，更重视对自然规律的认识(“知”)。上文所谈一系列精耕细作技术，都是建立在对农业生物和农业环境诸因素间的辩证关系的认识基础之上的。
关于“人”的因素，除“力”和“知”的关系外，还有“力”与“和”的关系。古人常常谈“人力”，也常常谈“人和”。所谓“力”是指人的劳动力。在古代农业中，土地和劳力是两大基本要素。古人在农业实践中很早就了解到这一点，故而把“力”作为“人”的因素的基本内涵。但人从事农业不是孤立的个人单独进行的，而是联合在一定的社会组织中进行的，因而需要协调彼此的关系，使许多单个的力组成合力，而不至相互抵消。由此形成“人和”的概念。早在战国时代，“天时、地利、人和”就成了“三才”理论最流行最典型的表述方式。由此可见，即使是对人这一因素，古人也是从整体予以考察的。
英国著名中国科技史专家李约瑟认为中国的科学技术观是一种有机统一的自然观。对此，大概没有比在中国古代农业科技中表现得更为典型的了。“三才”理论正是这种思维方式的结晶。
这种理论，不是从中国古代哲学思想中移植到农业生产中来的，而是长期农业生产实践经验的升华。它是在我国古代农业实践中产生，并随着农业实践向前发展的。