直接防御可以通过植物的物理障碍（如植物的刺、木质化和树脂沉积等），或者合成和分泌毒性次生物质或防御蛋白（如蛋白酶抑制剂、多酚氧化酶等），来干扰昆虫的取食和消化。

昆虫取食诱导的直接防御反应可以分为：①产生有毒的次生化合物（如烟碱、呋喃香豆素等）直接杀伤昆虫。昆虫取食或机械损伤可以诱导植物产生酚类化合物、萜烯类化合物和生物碱等次生化合物，如棉铃虫和美洲棉铃虫取食烟草诱导的烟草烟碱的合成。②产生防御蛋白（如蛋白酶抑制剂、多酚氧化酶等）降低昆虫对食物的消化能力。植物产生的防御蛋白包括蛋白酶抑制剂、氧化酶系、苯丙烷类代谢途径酶、糖结合蛋白和病程相关蛋白等。如在番茄（Lycoperisicon esculentum）在受到昆虫为害时，激发生成信号物质茉莉酸，茉莉酸激活编码蛋白酶抑制剂的基因，产生蛋白酶抑制素。诱导防御虽然不能完全抵抗害虫的为害，但害虫取食含有蛋白酶抑制素的植物后生长发育会受到抑制。③改变自身的营养状况使昆虫不能获得足够的营养。昆虫主要依靠取食植物获得营养成分，对于植物营养成分的种类和含量有一定的要求。在自然情况下植物的某些生长阶段或在某些组织内降低昆虫所需的营养成分的含量，从而抑制其生长和繁殖。植物受到昆虫胁迫后，植物可以通过加快成熟叶片光合速率和延缓幼嫩叶片变绿及光合作用对代谢方式进行调整，这种被食植物代谢方式的调整与代谢产物的变化对抵御食叶昆虫的进一步为害、抑制虫体发育和影响下一代昆虫有明显作用。另外，叶片部分养分在植物生长重要时期的转移与昆虫取食高峰的时差可称作是一种防御。