Los sistemas agroecológicos son sumamente diversos. Desde el punto de vista biológico, los sistemas agroecológicos optimizan la diversidad de las especies y los recursos genéticos en distintas maneras. Por ejemplo, los sistemas agroforestales organizan cultivos, arbustos, ganado y árboles de diferentes alturas y formas en distintos niveles o estratos, lo que incrementa la diversidad vertical. El cultivo intercalado combina especies complementarias con el objetivo de aumentar la diversidad espacial. La rotación de cultivos, en la que a menudo se incluyen legumbres, aumenta la diversidad temporal. Los sistemas integrados de producción agropecuaria dependen de la diversidad de razas locales adaptadas a entornos específicos. En el mundo acuático, el policultivo tradicional de peces, la acuicultura integrada multitrófica o los sistemas agroacuícolas de rotación siguen los mismos principios para aumentar al máximo la diversidad.

Incrementar la biodiversidad contribuye a una serie de beneficios de producción, socioeconómicos, nutricionales y ambientales. Mediante la planificación y gestión de la diversidad, los enfoques agroecológicos potencian la prestación de servicios ecosistémicos, en particular la polinización y la salud del suelo, de los que depende la producción agrícola. La diversificación puede aumentar la productividad y la eficiencia en el uso de los recursos al optimizar la cosecha de biomasa y la captación de aguas.

Asimismo, la diversificación agroecológica refuerza la resiliencia ecológica y socioeconómica mediante, entre otras cosas, la creación de nuevas oportunidades de mercado. Por ejemplo, la diversidad de cultivos y animales reduce el riesgo de fracaso ante el cambio climático. El pastoreo mixto de distintas especies de rumiantes reduce los riesgos para la salud derivados del parasitismo, mientras que la convivencia de especies o razas locales diversas hace que aumente su capacidad de sobrevivir, producir y mantener los niveles de reproducción en entornos hostiles. A su vez, disponer de una variedad de fuentes de ingresos procedentes de mercados nuevos y diferenciados, como diversos productos, la elaboración de alimentos locales y el agroturismo, ayuda a estabilizar los ingresos de los hogares.

Un consumo variado de cereales, legumbres, frutas, hortalizas y productos de origen animal contribuye a mejorar los resultados nutricionales. Además, la diversidad genética de distintas variedades, razas y especies es importante a la hora de aportar macronutrientes, micronutrientes y otros compuestos bioactivos a la alimentación humana. Por ejemplo, en Micronesia, la reintroducción de una variedad tradicional infrautilizada de banano de pulpa anaranjada con 50 veces más beta-caroteno que el ampliamente disponible banano de pulpa blanca comercial resultó ser decisiva para mejorar la salud y nutrición.

A escala mundial, tres cultivos de cereales proporcionan casi el 50 por ciento de todas las calorías consumidas, mientras que la diversidad genética de cultivos, ganado, animales acuáticos y árboles sigue perdiéndose rápidamente. La agroecología puede invertir estas tendencias al gestionar y conservar la agrobiodiversidad, además de responder a la creciente demanda de productos variados que sean ecológicos. Un ejemplo es la producción de arroz “respetuosa con las poblaciones de peces” que tiene lugar en los ecosistemas de arroz de regadío, de secano y de aguas profundas, en la que se valora la diversidad de especies acuáticas y su importancia para los medios de vida rurales.