生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性及景观多样性四个层次。农田的生物多样性包括目标作物的多样性和农区野生生物的多样性。亦即，农田生物多样性在物种层次上不仅包括目标作物本身的多样性，也包括农田杂草、昆虫、微生物等生物种类。在物种层次上利用生物多样性，包括农田的轮间套作制度设计、害虫天敌引进、根瘤菌和菌根的接种、有益微生物利用等。作物与动物的共生体系，例如稻田养鸭、稻田养鱼、稻田养蛙也属于农田物种多样性利用范畴。遗传多样性是指各个物种的基因差异。目标作物品种内的基因型差异，有利于发掘抗逆、高产、优质的品种和品系组合。利用不同基因型作物品种在性状方面的差异进行作物间套作，可增强作物抗性，从而增加产量并改善农产品质量。例如在云南元阳，稻田内采用一行感稻瘟病农家品种糯稻与四行抗稻瘟病杂交水稻间作，获得了不用农药防止稻瘟病流行和增加稻谷产量的良好效果，其原因就在于：农家水稻品种具有丰富的遗传背景，形成了对气候波动及稻瘟病暴发的良好缓冲能力。农田也可以利用物种多样性来合理布局，例如在肯尼亚，通过玉米间种豇豆、田埂种植象草形成对玉米螟的“推-拉”体系，有效避免了玉米螟暴发，增加了玉米产量，同时增加了饲草供应，还提升了土壤肥力。在强风影响的开阔区域，通过建立农田林网，可以减少台风、寒潮、干热风对作物的不利影响。生态系统与景观生物多样布局，如生态沟模式、人工湿地模式和植被缓冲带模式，可以减少农田对水体的污染。