中國傳統農業科學技術是建立在直觀經驗基礎上的，但並不局限於單純經驗的範圍，而是形成了自己的農學理論。這種農學理論是在實踐經驗基礎上形成的，表現為若干富於哲理性的指導原則，因而又可稱為農學思想。 “三才”理論是它的核心和總綱，中國古農書無不以“三才”理論為其立論的依據。
“三才”指天、地、人，或天道、地道、人道。該詞最初出現於戰國時的《易傳》中，但這種思想可以追溯到更早的時代。作為中國傳統哲學的重要概念，“三才”理論把天地人當作宇宙構成中的三大要素，並以此作為分析框架應用於各個領域。對農業生產中天、地、人關係的明確表述，則始見於《呂氏春秋》的《審時》篇：
夫稼，為之者人也，生之者地也，養之者天也。
“稼”指農作物，擴大一些，也不妨理解為農業生物，這是農業生產的對象。 “天”和“地”，在這裡並非有意志的人格神，而是指自然界的氣候和土壤、地形等，屬農業生產的環境因素。而人則是農業生產的主體。因此，上述引文是對農業生產中農作物(或農業生物)與自然環境和人類勞動之間關係的樸素概括，它把農業生產看作稼、天、地、人諸因素組成的整體。我們知道，農業是以農作物、畜禽等的生長、發育、成熟、繁衍的過程為基礎的，這是自然再生產，但這一過程又是在人的勞動干預下、按照人的預定目標進行的，因而它又是經濟再生產。農業就是自然再生產和經濟再生產的統一。作為自然再生產，農業生物離不開它周圍的自然環境；作為經濟再生產，農業生物又離不開作為農業生產主導者的人。農業是農業生物、自然環境和人構成的相互依存、相互制約的生態系統和經濟系統。這就是農業的本質。 《呂氏春秋·審時》的上述概括接觸到了農業的這一本質。
“三才”理論把農業生產看作各種因素相互聯繫的、動的整體。它所包含的農業生產的整體觀、聯繫觀、動態觀，貫穿於我國傳統農業生產技術的各個方面。下面舉若干例子予以說明。
我國古代人民在長期趨時營農的實踐中，逐步認識到氣候變化中各種氣象因子的相互關係，從而加深了對“時”的本質的認識。 《尚書》中有《洪範》篇，是周武王克商後箕子向他陳述的天地大法。其中把“時”概括為雨、暘〔yang 陽〕(日出為暘)、燠(暖)、寒、風五種氣候因素，相當於現在所說的降水量、日照、濕度、溫度、氣流等，這五種因素按一定數量配合，依一定次序消長，萬物為之繁盛。如果某種因素太過或不及，都不利於作物的生長。春秋時代發展為“六氣”的概念。 “氣”是一種流動的精微物質，它構成“天”的本質，而“時”則是“氣”運行所呈現的秩序。後來，按氣候變化的時序性制定的曆法節氣也被稱為“時”。陳旉《農書》說：“萬物因時受氣，因氣發生，時至氣至，生理因之。”這裡的“時”就是指曆法中規定的四時八節二十四節氣等；“氣”則指溫度、水分、光照等氣候因素。二十四節氣等是根據氣候變化規律制定的，但它既已固定下來，就不可能毫無誤差地反映每年氣候的實際變化，難免有“時至而氣未至”或“氣至而時未至”的現象發生。這時，刻板地按照曆法中的“時”安排農事，就會碰壁。因此，不但要“稽之天文”，而且要“驗之物理”，把農事安排在適應氣候實際變化的基礎上。
早在先秦時代，人們就認識到在一定的土壤氣候條件下，有相應的植物和生物群落；而每種農業生物或其品種都有它所適宜的環境。 《考工記》：“橘逾淮而北為枳，鴝鵒〔quyu渠玉〕不逾濟，貉逾汶則死，此地氣然也。”這就是中國古代的風土論。所謂風土，王禎《農書》的解釋是“風行地上，各有方位，土性所宜，因隨氣化”，這實際上是指各地不同的氣候和土壤。各地風土各別，“物產所宜者，往往而異”。反過來說，生物各異的特性，是不同環境條件自然選擇的結果。清陳淏子在中說：“生草木之天地既殊，則草木之性情焉得不異？”似已模糊地認識到這一點。這種風土論是有道理的，但不應把它固定化和絕對化。人們在長期引種和育種實踐中，逐步認識到農業生物和風土條件的關係並非固定不變的。北魏賈思勰通過實地考察，看到了作物引種到新的環境後會引起變異，如山西并州從河南朝歌引進的大蒜退化為百子蒜，從外地引進的蕪菁塊根卻變大。同時他又看到作物具有逐步適應新環境的能力。他以山東青州引種四川的花椒為例：“此物性不耐寒，陽中之樹，冬須草裹，不裹即死；其生小陰中者，少禀寒氣，則不用裹。所謂習以性成。”(《齊民要術·種椒第四十三》)這裡的“習”指對新環境條件的逐步適應，“性”則指不同於原來的新特性。事實上，歷史上引種的成功，都是農業生物在人工的輔助下“習以性成”的結果。元代，政府在中原推廣棉花和苧麻，有人以風土不宜為由加以反對。 《農桑輯要》的作者之一孟祺專文予以駁斥。文中列舉我國歷史上引種成功的事例，說明在人的干預下，能夠改變農業生物原有的某些習性，使之適應新的環境，從而突破原有的風土限制。這種有風土論而不唯風土論的意義，在於指出農業生物的特性是可變的，農業生物與環境的關係也是可變的。這顯然是人們從長期馴化、引種和育種的實踐中積累了豐富的經驗而在理論上所作的概括。
在這種整體觀的指導下，人們看到了生物體這一部位與那一部位之間，這一生育階段與那一生育階段之間的關聯，看到了農業生態系統內部各種生物之間的關聯，並加以利用。上面我們已經談到不少這方面的事例，在這裡可以再列舉一些。例如賈思勰在論述作物品種時指出：禾穀類作物的矮稈品種高產早熟，但往往品質欠佳；高稈品種低產晚熟，但往往品質優良。這裡說的是作物植株外部形態與產量質量的關係，其觀察的敏銳和正確，使現代育種家為之驚嘆。中華人民共和國成立以來，我國水稻產量的提高，在相當程度上得力於一批水稻矮稈高產良種，現在，小麥矮稈良種的推廣又已經和繼續為小麥增產開闢廣闊的前景；而矮稈品種產量與質量的矛盾，至今仍是育種工作者需要努力解決的問題。相畜術也是從畜禽外部形態推斷其內在品質的。我國現存最古的中獸醫學專著——李石的《司牧安驥集》說：善於相馬的人，掉換一下韁繩的工夫就能夠指出哪些馬是好馬，“自非由外以知內，粗以及精，又安能始於形器之近，終遂臻於天機之妙哉”！這與中醫以望聞問切，知腑髒病變，有異曲同工之妙，都反映了中國人特有的整體觀的思維方式。我們的祖先不但注意農業生物的個體，而且注意農業生物的群體。例如我國現存最早的農學論文《呂氏春秋》中的《任地》、《辯土》篇等，即主張在畎畝農田的基礎上實行條播、合理密植和中耕間苗，使作物行列整齊，通風透光，有足夠的生長空間，長大後能相互扶持，這就形成合理的作物群體結構，變無序為有序，從總體上提高農業生物的生產能力。這比西歐中世紀實行撒播，作物在田間呈散漫無序狀態，的確要高明許多。以後這種群體結構又由單一作物發展為多種作物或多種農業生物。在這樣的農業生態系統中，人們對各種生物間相生相剋的關係，巧妙地加以利用。如間套作和輪作復種就是利用作物間互抑或互利關係，組成合理的作物群體結構。陳旉指出，只要充分利用天時地利，加以合理安排，可以做到各種作物“相繼以生成，相資以利用，種無虛日，收無虛月”(陳旉《農書》)。
也正是在這種整體觀指導下，我國古代農業重視農業系統中廢棄物質的再利用。中國古代的肥料，大多來源於這種廢棄物。肥料是近代詞彙，古代肥料稱“糞”，其本義是棄除，即從住處清除出來的無用的有機物和無機物，現在俗稱“垃圾”。由於這些垃圾被用作肥料，糞字也就取得肥料的意義。糞字字義的這種變化，表明中國人很早就懂得農業中廢棄物的利用。王禎《農書》說：“夫掃除之穢，腐朽之物，人視而輕忽，田得之而膏澤，唯務本者(從事農業的人)知之，所謂惜糞如惜金也。故能變惡為美，種少收多。”清代楊屾在《知本提綱》中進一步把這種關係歸納為“餘氣相培”，指出農業產品中人類不能直接利用的部分和人畜的排泄物，包含了可以在農業生產中進行再循環和再利用的能量，這已是對農業生態系統中物質循環和能量轉化的一種初步理論表述。我國古代農業創造的一些多品種、多層次的立體生產方式，正是生物互養、循環利用思想的體現。
在“三才”理論體系中，人與天地並列，這本身就包含了“天地之間人為貴”的思想。在某種意義上，人居於主導地位，但人不是以自然的主宰者身份出現的，他是自然過程的參與者；人和自然不是對抗的關係，而是協調的關係；雖然人和自然的碰撞難免發生，但秩序與和諧始終為人們所追求。我國早在先秦時代已產生保護自然資源的思想。農業生物在自然環境中生長，有其客觀規律性。人類可以乾預這一過程，使它符合自己的目標，但不能駕凌於自然之上，違反客觀規律。賈思勰說：“順天時，量地利，則用力小而成功多，任情返道，勞而無獲”(《齊民要術》)，說的就是這個意思。因此，中國傳統農業總是強調因時、因地、因物製宜，即所謂“三宜”，把這看作是一切農業舉措必須遵循的原則。但人在客觀規律面前並非無能為力；人們認識了客觀規律，就有了主動權，可以“盜天地之時利”(陳旉語)，可以人定勝天。明代馬一龍說：“知時為上，知土次之。知其所宜，用其不可棄；知其所宜，避其不可為，力足以勝天矣。知不踰力，勞而無功。”(《農說》)深刻闡述了尊重客觀規律性與發揮主觀能動性之間的辯證關係。
“三才”理論是精耕細作技術的重要指導思想。精耕細作的基本要求是在遵守客觀規律的基礎上充分發揮人的主觀能動性，利用自然條件的有利方面，克服其不利方面，以爭取高產。精耕細作重視人的勞動(“力”)，更重視對自然規律的認識(“知”)。上文所談一系列精耕細作技術，都是建立在對農業生物和農業環境諸因素間的辯證關係的認識基礎之上的。
關於“人”的因素，除“力”和“知”的關係外，還有“力”與“和”的關係。古人常常談“人力”，也常常談“人和”。所謂“力”是指人的勞動力。在古代農業中，土地和勞力是兩大基本要素。古人在農業實踐中很早就了解到這一點，故而把“力”作為“人”的因素的基本內涵。但人從事農業不是孤立的個人單獨進行的，而是聯合在一定的社會組織中進行的，因而需要協調彼此的關係，使許多單個的力組成合力，而不至相互抵消。由此形成“人和”的概念。早在戰國時代，“天時、地利、人和”就成了“三才”理論最流行最典型的表述方式。由此可見，即使是對人這一因素，古人也是從整體予以考察的。
英國著名中國科技史專家李約瑟認為中國的科學技術觀是一種有機統一的自然觀。對此，大概沒有比在中國古代農業科技中表現得更為典型的了。 “三才”理論正是這種思維方式的結晶。
這種理論，不是從中國古代哲學思想中移植到農業生產中來的，而是長期農業生產實踐經驗的昇華。它是在我國古代農業實踐中產生，並隨著農業實踐向前發展的。