合理的轮作具有显著的生态效益和经济效益。首先，轮作能有效防治病、虫、草害。许多病害如烟草的黑胫病、蚕豆根腐病、甜菜褐斑病、西瓜蔓割病等通过土壤侵染，轮作感病寄主作物与非寄主作物可减少病菌数量，减轻病害。对于危害作物根部的线虫，轮种不感虫的作物可减少虫卵，降低危害。此外，轮作也是综合防除杂草的重要途径，不同作物的农业措施对杂草有不同的抑制和防除作用。密植的谷类作物封垄后可抑制杂草，中耕作物如玉米、棉花在中耕时有灭草作用。伴生或寄生性杂草如小麦田间的燕麦草、豆科作物田间的菟丝子，轮作后因失去伴生作物或寄主而被消灭或抑制。水旱轮作可在旱种时抑制杂草，并在淹水时使旱生型杂草丧失发芽能力。
其次，轮作能均衡利用土壤养分。不同作物从土壤中吸收养分的数量和比例各异，如禾谷类作物吸收较多氮和硅，而吸收较少钙；豆科作物吸收大量钙，而吸收硅极少。轮换种植这两类作物可保证土壤养分的均衡利用，避免片面消耗。
最后，轮作能调节土壤肥力。谷类作物和多年生牧草具有庞大根群，可疏松土壤、改善土壤结构。
