Агроэкологические системы очень разнообразны. С точки зрения биологии оптимальный уровень разнообразия видов и генетических ресурсов в агроэкологических системах достигается по-разному. Например, в агролесоводческих системах развивается разнообразие сельскохозяйственных культур, кустарников, домашнего скота и деревьев, имеющих различные формы и высоту, распределенных по разным уровням или ярусам, что способствует расширению вертикального разнообразия. При смешанном выращивании культур применяется одновременное разведение различных видов, которые дополняют друг друга, с целью увеличения пространственного разнообразия. Севообороты, в которые нередко включают бобовые культуры, способствуют увеличению разнообразия растений в разные сезоны. Системы, сочетающие растениеводство с животноводством, создаются на основе разнообразия местных пород, адаптированных к локальным условиям. Основные принципы, направленные на максимально эффективное использование потенциала разнообразия, применяются в традиционном поликультурном рыбоводстве, комплексной мультитрофной аквакультуре (КМТА) и в совмещенных рыбо-растениеводческих системах.

Увеличение биоразнообразия способствует получению целого ряда положительных результатов в производственной, социально-экономической, продовольственной и экологической сферах. Благодаря планированию и рациональному использованию разнообразия агроэкологические подходы положительно влияют на экосистемные услуги, включая опыление и обеспечение круговорота питательных веществ, которые играют ключевую роль в сельскохозяйственном производстве. Диверсификация может повысить производительность и эффективность использования ресурсов за счет оптимизации процессов сбора биомассы и поверхностного стока. 

Кроме того, диверсификация в области агроэкологии способствует укреплению экологической и социально-экономической устойчивости, в том числе за счет создания новых рыночных возможностей. Например, разнообразие сельскохозяйственных культур и животных снижает риски в условиях изменения климата. Совместный выпас различных видов жвачных животных снижает вероятность заражения паразитами, поскольку разнообразие местных видов или пород обеспечивает большие шансы на выживание, сохранение продуктивности и размножение в сложных условиях. В то же время, разнообразие источников дохода, включая продажу различной продукции, участие в местной пищевой промышленности и развитие агротуризма на различных рынках, способствует устойчивости доходов домашних хозяйств.

Употребление в пищу разнообразных зерновых и зернобобовых культур, фруктов, овощей и продуктов животного происхождения способствует повышению качества питания. Также важную роль играет генетическое разнообразие различных сортов, пород и видов, которые обогащают рацион человека микро- и макроэлементами, а также другими биологически активными соединениями. В Микронезии, например, восстановление производства и потребления малоиспользуемого традиционного оранжевого банана, содержащего в 50 раз больше бета-каротина, чем широко распространенный белый банан, сыграло важную роль в улучшении здоровья и качества питания местного населения.

Всего три вида зерновых культур обеспечивают почти половину калорийности рациона населения планеты, в то время как генетическое разнообразие сельскохозяйственных культур, скота, акватических видов и деревьев продолжает сокращаться. Агроэкология может изменить эту динамику, основываясь на разумном использовании и сохранении биоразнообразия сельского хозяйства, чтобы удовлетворить возрастающий запрос на разнообразные экологически чистые продукты. Примером такого подхода служит совместное выращивание риса и рыбы в орошаемых, богарных и глубоководных рисоводческих экосистемах, в которых ценится разнообразие водных видов и их роль как источников пропитания для сельских жителей.