到了旧石器时代末期，随着最后一次冰期走向尾声，地球的气候开始波动性变暖，人类诞生300万年之后，在生物学上也进化到了繁殖高峰，人口迅速增加。以往单纯依靠狩猎和采集的取食方式受到了挑战，大型动物不够吃，只能捕食小动物，野果不够吃，只能采摘植物的叶子和根茎，人们的食谱开始出现广谱化，营养摄入变得丰富起来，大脑发育加速了。
当时，广泛分布在黄河流域的两种一年生禾本科草本植物，成为最早被中国先民选中的目标。这就是狗尾草和野糜子，它们耐干旱、贫瘠，又不怕盐碱，适应性强，在黄河两岸的高台、沙地、山坡上仍随处可见。更关键的是，黄土均匀、细小、松散、易碎，有机质含量高，并有良好的保水性，具备“自我加肥”的性能，几千年来农作物几乎不靠人工施肥都可以年复一年地种植。人类最早的耕作方式一般是砍烧制或游耕制，土地耕作一年以后，要休养几年，肥力才能恢复，关键问题是肥力递减，而华北黄土地区基本上不存在肥力递减的问题，其关键问题是保持土壤中的水分。幸运的是，当时黄河流域的温度比现在要高出2～3℃，降雨不多但却集中在夏季，长此以往，在人类活动的影响下，狗尾草进化成了粟，俗称谷子，野糜子进化成了黍，也称作糜子。粟和黍被统称为“小米”，这两种谷物同样耐旱、耐贫瘠，适应性强，尤其是黍，生命力顽强，生长期短，对土壤的肥力要求很低，尤其适合在处女地上播种。
中国社科院考古研究所科技考古中心副主任赵志军自上世纪末从美国留学回国后，便着手利用世界考古通行的“浮选法”，对考古遗址中埋藏的植物遗存进行提取和研究，借此来判断史前中国农业的发展脉络。他告诉本刊记者，大约1万年前，粟和黍在黄河流域已经开始被人为栽培，至距今8000年前后，发展出了以粟和黍为主要农作物的北方旱作农业。在早期主要是种植黍，但后来粟成为主要粮食作物，黍则退为辅助作物。
到距今6000至5000年的大汶口、龙山文化时期，开始出现了新的挖土工具——木耒。耒耜由采集时代挖掘植物根茎的尖木棍发展而来，后来发展成类似铲子的模样，是中国古代最流行的农业生产工具，直到殷周时期仍在被使用。除了木制耒耜，这一时期的石器农具一般磨制精细，出现了椭圆形的斧以及穿孔斧、穿孔铲等复合式农具，说明人们耕种土地的水平有了相当大的进步。由此带来的结果是，在这一时期的三里河遗址一个大型窖穴中发现有1立方米的粟粒，粮食已经有了大量剩余。
定居，家猪
有了固定的粮食种植，人们不用随时准备着为了觅食而长途迁徙，为定居生活提供了稳定的食物基础。当定居生活最初形成的时候，人们的狩猎和捕捞活动往往就在居住地周围进行，这样，居住地周围有什么动物，当时的人就狩猎或捕捞什么动物。后来，当家畜饲养开始出现，人们获取肉食资源的方式变成把狩猎、捕捞野生动物和初步控制、开发特定家养动物相结合。再然后，农业种植的广泛普及产生了剩余的粮食，对家畜的人为饲养也就变得越来越多了。
值得注意的是，虽然早在8200年前南方也开始出现家猪，但饲养家猪在南方居民获取肉食资源的活动中并没有成为主流。从那时一直到距今4000年左右的史前时期结束之际，南方地区各个遗址出土的动物骨骼中包含大量的鱼骨。此外，野生动物的种类也很多，其中尤以鹿科动物的数量最多，可见当时的捕鱼和狩猎活动都很兴盛。
唯一的特例出现在距今5000至4000年的良渚文化时期，家猪骨骼在出土的动物骨骼中突然占据多数，显示出家猪饲养在这个时期成为获取肉食资源的主要活动。这一时期，南方的稻作农业甚至一度超越了北方的旱作农业，水稻种植已经传播到北方的黄土高原和山东地区。不过这只是昙花一现，在良渚文化之后的马桥文化的遗址里，南方又回复到原来那种渔猎为主获取肉食资源的状态。
可是，猪是杂食性动物，除了吃草以外，还会与人争食，这对于农业刚刚起步的人类来说是个双刃剑。依据对距今4000多年的陶寺遗址中出土的人骨与猪骨的食性分析，考古人员发现人和猪都摄取过大量的C4植物。因为小米是C4植物，所以可以推测当时的人与猪都吃小米，或者更确切地说，人吃的是小米，而猪吃的可能是小米的壳。“说明当时的粮食生产已经有了充足的剩余。”袁靖说。磁山遗址里发现了300余个长方形的土坑，其中80个土坑里放有小米，考古学家将这些小米依照体积换算成重量，达5万公斤之多。
从遗址中家猪死亡的年龄上来推断，古人对家猪的饲养认识也越来越深刻。在距今8000年的磁山时期，被宰杀的猪大多在0.5～1岁，而距今4500年前的龙山时期，则多为1岁。“从饲养效率上看，1岁左右的家猪是产肉率最高的，小了，肉还没长够，大了，长肉的速度变慢，与所消耗的粮食不成比例，就不值了。”袁靖解释说。
除了被人食用以外，家猪还成为人们用来沟通神与人之间关系的工具。在史前社会的墓葬遗址中，往往会发现整只猪和狗的遗骸，后来演变为单纯的猪头和猪下颌骨，但数量却不断增加，这种情况在黄河流域尤为明显。在甘肃永靖秦魏家遗址齐家文化的一座墓葬中，随葬的猪下颌数量多达68块，说明当时家猪的饲养规模已经相当可观。有考古学家推测这种祭祀模式，除了纪念亡者和祈求上苍外，还是一种财富的象征。
X因素，小麦和黄牛
与中国农业起源几乎同时，世界上还存在几大农业起源中心，它们都集中在北纬30度附近的狭长地带。在西亚地区的“新月形沃土”，即现今的巴勒斯坦、约旦、以色列和叙利亚，以及土耳其东南部等，培育出了大麦、小麦、绵羊、山羊和黄牛；在中南美洲，即今天的墨西哥和秘鲁西海岸，培育出了玉米、马铃薯、红薯、花生、南瓜、西葫芦和辣椒，以及驼羊与荷兰猪；在非洲，撒哈拉沙漠的两端，则为人类贡献了高粱和毛驴。
小麦起源于西亚地区，根据赵志军团队的研究，大约在距今4000年前后，在黄河上游的西北地区、中游的中原地区、下游的山东地区，以及东北的西辽河流域地区都突然出现了小麦的种植。赵志军认为，小麦应该是通过欧亚草原大通道来到中国的，是发生在距今四五千年的“古代食物全球化”的重要内容。
相比粟和黍，小麦的种植技术更为复杂。小麦诞生在夏天干燥炎热、冬天阴冷潮湿的地中海气候区，而黄河流域属于夏天多雨炎热、冬季干燥寒冷的东亚季风气候区，小麦传入中国后当然会“水土不服”，尤其是中国北方地区的春旱，每年开春之后都需要人工浇水。小麦的传入，使得中国历史上第一次出现了必须依赖灌溉的农作物。农田水利工程的修建需要大量的劳动力，这就不仅要求社会能够生产出足够多的粮食，还需要社会具有官僚机构才能集中调配和管理。
小麦传入中国后，在北方地区很快得到普及。在距今3800年左右的二里头文化遗址中，小麦的出土量只占到不足1%，可是到了商代早期的二里岗时期，即距今3500年左右，小麦的出土数量突然增加，达到了10%～20%，已经成为仅次于粟和黍的重要粮食作物。赵志军告诉本刊记者，早在距今6000多年前，南方的水稻就已经传至中原地区，但一直没有大规模推广开来，小麦是中华文明形成之前最新鲜的变量。
在赵志军看来，一直到工业革命之前，小麦都堪称世界第一粮食作物，世界主要的古代文明都与小麦有关。在来到中国之前，小麦已经从西亚出发，先是传播到邻近的非洲，滋养了尼罗河畔的古埃及文明，此后又传至印度河流域，培育出古印度文明，而小麦的起源地本身就是美索不达米亚古代文明的诞生地。
至此，距今5000至4000年前，涉及农业生产的主要资源全部出现在了中国：粟、黍、水稻、小麦、大豆，五谷俱全；狗、猪、牛、羊也全部出现。只有鸡和马还有点姗姗来迟。民以食为天，它们的到来为文明起源提供了坚实的物质基础，而它们的分布，也吻合了中华文明演进的路线图。
中原农业与早期文明
到了文明起源的前夜，中原地区成为农业资源最为丰富的会聚地。当时，广阔的中国大地上，同时并存着五六个不同的农业文明区。从粮食种植来看，当时东北的西辽河流域地区和西北的黄河上游地区以种植粟和黍两种小米为主，前者还种有少量的大豆，后者种有少量的小麦和大麦；黄河下游的山东地区是稻旱混作，小米和水稻的种植比例旗鼓相当；而长江中游和下游的区域，则仅有水稻。唯有中原地区，虽然仍以小米为主，但水稻、大豆和小麦的比重已经很大，打破了粟和黍的统治地位，形成了五种农作物相对均衡的局面。
中国社科院考古所的刘建国研究员，利用地理信息系统(GIS)对已经发掘的考古遗址进行分析后发现，北方地区的人们，基本都生活在河流两岸600米的范围之内的台地上。不仅有充足的水源，还可以有效地躲避洪水等天灾的侵袭。
当黄河流域广泛饲养猪狗牛羊的时候，南方的长江流域仍停留在渔猎为主的局面，家猪只占较小的比重，黄牛和绵羊则压根儿没有出现。中国最早出现的农神炎帝是牛首人身的形象，证明了黄牛在当时的地位。到商代，黄牛的地位达到顶峰。《礼记》中有记载：“诸侯之祭，牲牛，曰太牢；大夫之祭，牲羊，曰少牢；士之祭，牲特豕，曰馈食。”可见，祭祀的规格已经有了明显分化，而黄牛则代表着最高等级的地位，王都和地方聚落之间表现出明显的差异，早期的阶级分化诞生。
农业使人类与自然之间的关系发生了根本的变化，由以往的被动接受变为主动改造，人们开始祈求风调雨顺，对农神的崇拜催生了原始的宗教和祭祀。此外，农业还催生了天文、历法的进步。至先秦时期，《尚书·禹贡》、《礼记·月令》和《吕氏春秋·上农》等篇章，已经包含了丰富的农业知识和农技理论。
自西周时期开始，在休耕地的基础上，逐渐发展出了自觉或不自觉的农肥耕作。最早的施肥技术，是当时的农夫把杂草或用铲子铲除，或用火烧死，或使其被炎夏的热雨水浇死，这样，死去的杂草便腐化成为农地最早的肥料。复杂的田间管理，催生了最早的农业生产制度，较为整齐划一的沟洫制度开始在黄土高原地区逐步出现。
有关农业诞生的原因，长期以来主要有两种说法：一是博赛洛普提出来的“人口压力说”，他认为农业的出现是因为人口增长和环境变迁带来的觅食压力，因为按照“最佳觅食模式原理”，相比悠闲的采集和狩猎生活，农业种植需要投入更多劳力、冒更大的风险，是人类不得已而为之的选择。另一种理论是由加拿大学者海登提出来的“宴享说”，他认为农业种植产生于人与自然界相互进化的过程中，是为了在宴会上博得他人(尤其是异性)的赏识而主动栽培出来的新食物，因为相比旱涝保收的采集生活，农业种植需要更长的周期，只有在那些食物相对充足的地区才有条件进行。
1万年之后回看，对人类来说，农业的出现是福音吗？恐怕直到今天也不能完全这么说。1万年前，面对控制人口还是增加粮食的难题，我们的祖先选择了后者。可是，今天的研究表明，农业出现以后，人们的身体并没有变得比“采集－渔猎”时的祖先们更高大更健壮，因为农业降低了人们获取营养的多样性。农业养育了更多人口，滋养了社会文明，可是也带来了许多麻烦，诸如营养不良、饥荒和传染病，更重要的是，还带来了贫富分化、阶级压迫和永无休止的战乱，激发了人类的自私和贪婪。