A kártevőirtás legelterjedtebb módszere a növényvédő szerek használata – olyan vegyi anyagok, amelyek vagy elpusztítják a kártevőket, vagy gátolják fejlődésüket. A növényvédő szereket gyakran aszerint osztályozzák, hogy milyen kártevő ellen kívánnak védekezni. A rovarölő szereket például a rovarok, a gyomirtó szereket a növények, a gombaölő szereket a gombák, a rágcsálóirtó szereket a rágcsálók, a madárölő szereket a madarak, a baktériumölő szereket pedig a baktériumok ellen használják. A peszticidek közé tartoznak a kemoterilánsok és a növekedésszabályozók is, amelyeket a kártevő normális szaporodásának vagy fejlődésének megzavarására használnak.

A kártevők elleni kémiai védekezés valószínűleg a mérgező növényi vegyületekkel kezdődött. A 18. és 19. században a gazdák bizonyos növényeket, amelyek mérgezőek voltak a rovarokra vagy rágcsálókra – olyan növényeket, mint a krizantém vagy a dohány – őröltek meg. A növényi “levest” ezután közvetlenül a növényekre vagy a kártevőkre alkalmazták. Később a vegyészek felfedezték, hogy ezekből a mérgező növényekből ki tudják vonni a mérgező vegyületeket, és folyékony permet formájában alkalmazni tudják őket. Olyan vegyi anyagokat, mint a nikotin, a petróleum, a kőszénkátrány, a kreozot, a terpentin és a piretrum (amelyet egy krizantémfajtából nyertek) végül kivonták, hogy permetszerként használják. Az ilyen szerves vegyületeket végül felváltották a hatékonyabb szervetlen vegyszerek, köztük az arzén, a mész, a kén, a sztrichnin és a cianid.

A szintetikus szerves vegyületek megjelenésével a második világháború alatt drámai változás következett be a kártevőirtásban. A DDT (diklór-difenil-triklór-etán) szintetikus vegyületek rovarölő tulajdonságainak felfedezése – amelyet széles körben használtak a betegséget terjesztő rovarok ellen – a háború alatt, valamint a BHC (benzol-hexaklorid) felfedezése reálissá tette a kártevőmentes termesztés gondolatát. Egy másik szintetikus szerves vegyület, a 2,4-D (2,4-diklórfenoxi-ecetsav) szelektív gyomirtó szer kifejlesztése más szelektív gyomirtó szerek kifejlesztéséhez vezetett.

A DDT, a 2,4-D és a BHC felfedezésével a kutatók más szintetikus szerves növényvédő szerek, különösen növekedésszabályozók, kemoszterilánsok, piretroidok (a piretrumhoz hasonló rovarölő tulajdonságú vegyületek) és szerves foszfát vegyszerek kifejlesztésébe kezdtek. Ez a kutatás a kártevők elleni védekezés más, nem vegyi módszerek kifejlesztése érdekében bővült, miután felismerték a peszticidek káros perzisztenciáját a környezetben. Az 1950-es években fedezték fel, hogy a DDT és rokon vegyületei nem bomlanak le könnyen a környezetben. A DDT nagyfokú stabilitása miatt felhalmozódik a rovarokban, amelyek más állatok táplálékát képezik. Ez a magas DDT-szint mérgező hatással van az állatokra, különösen bizonyos madarakra és halakra. A tudósok azt is megállapították, hogy számos rovarfajban gyorsan kialakulnak olyan populációk, amelyek ellenállnak a peszticidnek. (Lásd még ökológia; környezetszennyezés, környezetszennyezés.)

A hatvanas évekre a DDT mint rovarölő szer értéke csökkent, és a hetvenes években szigorú korlátozásokat vezettek be a használatára. Az Egyesült Államokban az 1972-es szövetségi környezetvédelmi peszticid-ellenőrzési törvény és az 1972-ben elfogadott szövetségi rovarirtó, gombaölő és rágcsálóirtó törvény előírta a peszticidgyártók számára, hogy minden új peszticid biológiai aktivitására, hibásodására, perzisztenciájára és toxicitására vonatkozó tudományos vizsgálatokat végezzenek, mielőtt a vegyszert forgalomba hoznák. Az 1980-as évek végén egy peszticidtermék kifejlesztésének és törzskönyvezésének átlagos költsége 10 millió dollár volt. Az 1960-as és 1970-es években a közvélemény tiltakozott a peszticidek válogatás nélküli használata ellen. A Környezetvédelmi Ügynökséget (EPA) 1970-ben hozták létre, hogy megállapítsa a múltbeli és a lehetséges jövőbeli károkat, amelyek a széles körű növényvédőszer-használat következtében a környezetet érhetik, és hogy programokat hozzon létre a környezeti problémák leküzdésére.

Az integrált növényvédelem alternatív koncepcióját fogadták el számos mezőgazdasági kártevő esetében. Ez a megközelítés nem vegyi kártevő-ellenőrzési módszereket foglal magában, beleértve a növénykizárást, a vetésforgót, a higiéniát és a biológiai védekezést. Ezek a módszerek kiegészítik a növényvédőszer-használat minimalizálását célzó egyéb kártevő-ellenőrzési programokat.