Gegen Ende des 20. Jahrhunderts erlebte die Pflanzenzüchtung einen weiteren Quantensprung: Neue gentechnische Verfahren gestatteten erstmals einen direkten und präzisen Eingriff ins Erbgut von Pflanzen. So können nun mithilfe der Grünen Gentechnik arteigene oder artfremde Gene ins Erbgut eingeschleust und so gentechnisch veränderte Organismen (GVO) erzeugt werden. Anders als bei spontan entstehenden oder durch Mutagene erzeugten Mutationen, mit denen die Mutationszüchtung auch heute noch arbeitet, können hier einzelne Gene gezielt an ihren Bestimmungsort transferiert und dabei Hindernisse wie Artgrenzen oder Unfruchtbarkeit überschritten werden.
In Deutschland und vielen europäischen Ländern ist der Anbau gentechnisch veränderter Organismen nicht gestattet. Weltweit bestimmen gentechnisch veränderte Pflanzen allerdings zunehmend den Markt: Die meisten gentechnisch veränderten Merkmale betreffen die Anbaubedingungen der Pflanzen, etwa durch den Einbau von Herbizid- oder Insektenresistenzen. Daneben gibt es auch zahlreiche Beispiele für Pflanzen mit veränderten Produkteigenschaften, wie der Inhaltsstoffzusammensetzung oder Haltbarkeit.
Seit dem Beginn des neuen Jahrtausends wurde mit dem Genome Editing beziehungsweise den neuen Züchtungsmethoden ein Werkzeug entwickelt, mit dem einzelne Gene zielgerichtet verändert werden können. Zu diesen molekularbiologischen Techniken zählt auch das nun mit dem Nobelpreis ausgezeichnete CRISPR/Cas-Verfahren. Genome Editing hinterlässt im Erbgut keine charakteristischen Spuren und kann damit in der Regel nicht nachgewiesen werden.