Die häufigste Methode der Schädlingsbekämpfung ist der Einsatz von Pestiziden – Chemikalien, die Schädlinge entweder abtöten oder ihre Entwicklung hemmen. Pestizide werden oft nach dem Schädling eingeteilt, den sie bekämpfen sollen. So werden beispielsweise Insektizide zur Bekämpfung von Insekten, Herbizide zur Bekämpfung von Pflanzen, Fungizide zur Bekämpfung von Pilzen, Rodentizide zur Bekämpfung von Nagern, Avizide zur Bekämpfung von Vögeln und Bakterizide zur Bekämpfung von Bakterien eingesetzt. Zu den Pestiziden gehören auch Chemostabilisatoren und Wachstumsregulatoren, die eingesetzt werden, um die normale Fortpflanzung oder Entwicklung des Schädlings zu beeinträchtigen.

Die chemische Schädlingsbekämpfung begann wahrscheinlich mit giftigen Pflanzenstoffen. Im 18. und 19. Jahrhundert zerkleinerten die Landwirte bestimmte Pflanzen, die für Insekten oder Nagetiere giftig waren – Pflanzen wie Chrysanthemen oder Tabak. Die „Pflanzensuppe“ wurde dann direkt auf die Pflanzen oder die Schädlinge aufgetragen. Später entdeckten Chemiker, dass sie die giftigen Verbindungen aus diesen giftigen Pflanzen extrahieren und als flüssige Sprays ausbringen konnten. Chemikalien wie Nikotin, Petroleum, Steinkohlenteer, Kreosot, Terpentin und Pyrethrum (gewonnen aus einer Chrysanthemenart) wurden schließlich für die Verwendung als Spritzmittel extrahiert. Organische Verbindungen wie diese wurden schließlich durch wirksamere anorganische Chemikalien wie Arsen, Kalk, Schwefel, Strychnin und Zyanid ersetzt.

Mit dem Aufkommen synthetischer organischer Verbindungen während des Zweiten Weltkriegs kam es zu einem dramatischen Wandel in der Schädlingsbekämpfung. Die Entdeckung der insektiziden Eigenschaften der synthetischen Verbindungen DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) – das während des Krieges in großem Umfang gegen krankheitsübertragende Insekten eingesetzt wurde – und BHC (Benzolhexachlorid) machte die Vorstellung von schädlingsfreien Kulturen realistisch. Die Entwicklung einer weiteren synthetischen organischen Verbindung, des selektiven Herbizids 2,4-D (2,4-Dichlorphenoxyessigsäure), führte zur Entwicklung anderer selektiver Herbizide.

Nach der Entdeckung von DDT, 2,4-D und BHC begannen die Forscher mit der Entwicklung anderer synthetischer organischer Pestizide, insbesondere von Wachstumsregulatoren, Chemostabilisatoren, Pyrethroiden (Verbindungen mit insektiziden Eigenschaften ähnlich denen von Pyrethrum) und Organophosphaten. Diese Forschung wurde ausgeweitet, um andere, nicht-chemische Methoden der Schädlingsbekämpfung zu entwickeln, nachdem die schädliche Persistenz von Pestiziden in der Umwelt erkannt worden war. In den 1950er Jahren wurde entdeckt, dass DDT und seine verwandten Verbindungen in der Umwelt nur schwer abbaubar sind. Die hohe Stabilität von DDT führt dazu, dass es sich in Insekten anreichert, die die Nahrung für andere Tiere darstellen. Diese hohen DDT-Konzentrationen haben toxische Auswirkungen auf Tiere, insbesondere auf bestimmte Vögel und Fische. Wissenschaftler fanden auch heraus, dass viele Insektenarten schnell Populationen entwickeln, die gegen das Pestizid resistent sind. (Siehe auch Ökologie; Umweltverschmutzung.)

In den 1960er Jahren hatte der Wert von DDT als Insektizid abgenommen, und in den 1970er Jahren wurden strenge Beschränkungen für seine Verwendung erlassen. In den Vereinigten Staaten verpflichteten der Federal Environmental Pesticide Control Act von 1972 und der Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act von 1972 die Hersteller von Pestiziden zur Durchführung wissenschaftlicher Tests über die biologische Aktivität, Fehlerhaftigkeit, Persistenz und Toxizität jedes neuen Pestizids, bevor die Chemikalie vermarktet werden konnte. In den späten 1980er Jahren beliefen sich die durchschnittlichen Kosten für die Entwicklung und Zulassung eines Pestizidprodukts auf 10 Millionen Dollar. In den 1960er und 1970er Jahren wurden in der Öffentlichkeit Einwände gegen den wahllosen Einsatz von Pestiziden laut. Die Environmental Protection Agency (EPA) wurde 1970 gegründet, um vergangene und mögliche künftige Umweltschäden durch den weit verbreiteten Einsatz von Pestiziden zu ermitteln und Programme zur Bekämpfung von Umweltproblemen aufzulegen.

Für viele landwirtschaftliche Schädlinge wurde ein alternatives Konzept des integrierten Pflanzenschutzes eingeführt. Dieses Konzept umfasst nicht-chemische Methoden zur Schädlingsbekämpfung, wie z.B. Ausschluss von Nutzpflanzen, Fruchtfolge, Hygiene und biologische Bekämpfung. Diese Methoden ergänzen andere Schädlingsbekämpfungsprogramme, die den Einsatz von Pestiziden minimieren sollen.