Dzīvās sistēmas ir kompleksas, un šī īpatnība saistīta ne tik lielā mērā ar tās veidojošo komponentu skaitu, kā ar tajās notiekošo mijiedarbību daudzveidību. Tāpēc dzīvās sistēmas funkciju izpratne pamatojas uz regulācijas pētījumiem visos indivīda organizācijas līmeņos. Fizioloģija ir eksakta zinātne, kuras mērķis ir postulēt kvantitatīvas mijiedarbības jeb “funkcijas”, līdzīgi kā fizikā un matemātika. Tā kā dzīvās sistēmas ir būtiski sarežģītākas un daudzveidīgākas nekā fizikas objekti, fizioloģijā vispārīgo likumu vietā definē ierobežotos jeb speciālos likumus, kas attiecināmi uz ierobežotu sugu skaitu. Pretstatā molekulārajai ģenētikai, kas sākotnēji bija orientēta uz redukcionismu un centās izskaidrot iedzimtības procesus ar fizikas universālo teoriju palīdzību, fizioloģija uzsver principu, ka dzīvības funkcionēšanu nav iespējams izprast tikai ar to veidojošo ķīmisko sastāvdaļu un to mijiedarbības izpētes palīdzību. Augu fizioloģijā augi tiek analizēti primāri kā bioķīmiskas mašīnas, kas no fiziskās vides uzņem enerģiju/vienkāršas neorganiskas molekulas un izmanto to/tās sarežģītu ķīmisko struktūru veidošanai.

Augu fizioloģijas atziņas plaši pielieto tautsaimniecības nozarēs, kas saistītas ar augu audzēšanu (lauksaimniecība, mežsaimniecība) vai no augiem iegūtu resursu izmantošanu (rūpniecība). Zināšanām par augu funkcionēšanu ir praktiska nozīme dabas aizsardzībā, izstrādājot reto augu sugu aizsardzības pasākumus. Kā teorētisks zināšanu apkopojums augu fizioloģija sniedz izpratni par ekoloģiski svarīgas dzīvo organismu valsts – augu – funkcionēšanu saistībā ar vides fizikāli-ķīmiskajiem apstākļiem un citiem organismiem. Augi ir centrālie organismi jebkurā ekosistēmā. Tie darbojas gan kā primārie producenti un skābekļa ražotāji, gan kā dzīves vide citiem organismiem. Bez augu funkciju izpratnes nav iespējams iegūt pilnīgu priekšstatu par dzīvās dabas attīstības un funkcionēšanas likumsakarībām.

Augu fizioloģija ir bioloģijas zinātnes sastāvdaļa. Tā saistīta ar botāniku, bioķīmiju, molekulāro bioloģiju, vides zinātni, lauksaimniecības zinātni, fiziku.

Augu fizioloģiju iedala atbilstoši tās galvenajām risinātajām problēmām jeb pamatjautājumiem. Augu fizioloģijas pamatjautājumi ir: (1) Kādi ir auga šūnas strukturālie komponenti un kādas ir to funkcijas (auga šūnu funkcionālā organizācija)? (2) Kā ūdens nonāk augā un kā notiek ūdens un tajā izšķīdušo vielu pārvietošanās augā (vielu transports augos)? (3) Kā notiek gaismas enerģijas uztveršana un tās pārveidošana ķīmisko saišu enerģijā un kā ķīmiskie savienojumi tiek izmantoti enerģijas ieguvei šūnās (enerģijas procesi – fotosintēze un šūnu elpošana)? (4) Kā notiek minerālelementu uzņemšana un to ieslēgšana metabolismā, kādas ir to funkcijas (auga minerālā barošanās)? (5) Kā šūnas vairojas, aug, iegūst specifiskas funkcijas un kā notiek auga organisma dažādu stadiju regulācija (auga augšana un attīstība)? (6) Kā notiek auga mijiedarbība ar vidi (auga adaptāciju fizioloģija)?

Augu fizioloģija balstās gan uz vispārējām teorijām, kas kopīgas dažādu dzīvo organismu funkcionēšanai, gan arī uz augu fizioloģijai specifiskām teorijām. No vispārējām teorijām nozīmīgākās ir izpratne par enzimātisko katalīzi (ķīmisko reakciju ātruma palielināšanos enzīma proteīna aktīvajā centrā), metabolisma bioķīmisko regulāciju (tiešo enzimātisko reakciju regulāciju ar aktivatoru un inhibitoru starpniecību), gēnu ekspresiju (gēnu transkripciju un translāciju) un tās regulāciju, šūnu teoriju par šūnām kā dzīvības pamatvienību, dzīvo organismu kairināmības teoriju kā spēju reaģēt uz vides stimuliem.

Specifiskās augu fizioloģijas teorijas skaidro augu šūnu totipotenci (spēju atjaunot veselu augu no vienas somatiskās šūnas) un pluripotenci (meristemātiskās šūnas spēju diferencēties par jebkāda veida specializēto šūnu), vielu transportu augos, minerālās barošanās principus un minerālvielu neaizvietojamību, augu hormonālās regulācijas principus, augu pielāgošanos videi (adaptācijas teoriju), lauksaimniecības augu ražības fizioloģiskos pamatus. Dažādu specifisko teoriju vispārinājuma līmenis ir atšķirīgs, vairākas no tām ir izstrādes stadijā.

Eksperimentālās augu fizioloģijas metodikas pamatā ir bioķīmiski-analītiskās un fizioloģiski-sistēmiskās pieejas sintēze. Auga organisma funkcijas tiek aplūkotas visos strukturālās organizācijas līmeņos, izmantojot atbilstošas metožu grupas. Bioķīmijas metodes (piemēram, proteīnu ekstrakcija un attīrīšana, spektrofotometriskā analīze) tiek izmantotas, nosakot dažādu vielu koncentrācijas un enzīmu aktivitātes augu audos; molekulārās bioloģijas metodes (piemēram, polimerāzes ķēdes reakcija, dezoksiribonukleīnskābes (DNS) un ribonukleīnskābes (RNS) gēla elektroforēze) tiek pielietotas, pētot gēnu ekspresiju vai izmantojot ģenētiski modificētus organismus un mutantus; anatomijas metodes (piemēram, audu griezumu sagatavošana, gaismas mikroskopija) – pētot audus un šūnas; fizioloģijas metodes (piemēram, fotosintēzes gāzu maiņas analīze, hlorofila fluorescences noteikšana, veģetācijas eksperimentu metode) – pētot veselu augu un tā daļas. Pētījumos par augu mijiedarbību ar vides faktoriem vai citiem organismiem izmanto fizikas metodes (piemēram, augsnes ūdens satura noteikšana, fotosintētiski aktīvās radiācijas mērīšana) vai ekoloģijas metodes (piemēram, sugu sabiedrību un funkcionālo tipu analīze). Augu-patogēnu vai augu-augēdāju mijiedarbības izpētē atbilstoši lieto mikrobioloģijas metodes (piemēram, simbiotisko mikoorganismu izolēšana no auga audiem, augu eksperimentāla inokulēšana ar patogēnu tīrkultūru) vai entomoloģijas metodes (piemēram, kukaiņu kultivēšana laboratorijas apstākļos). Lauksaimniecības augu pētījumos izmanto augsnes zinātnes metodes (piemēram, augsnes ķīmiskā un granulometriskā sastāva analīze) un agronomijas metodes (piemēram, lauka pētījumi izmēģinājumu lauciņos). Augu fizioloģijas eksperimentālo rezultātu analīzei izmanto biometrijas metodes un matemātisko modelēšanu.

Jau pirms augu fizioloģijas kā patstāvīgas apakšnozares izveidošanās tika veikti pētījumi par augu funkcijām, kam bija būtiska nozīme tālākajā zināšanu attīstībā. Nīderlandiešu ārsts Jans Ingens Hauzs (Jan Ingen-Housz) 1779. gadā pētīja ogļskābās gāzes (CO₂) asimilāciju augos, bet angļu teologs, pedagogs, dabas filozofs un ķīmiķis Džons Prīstlijs (John Priestley) 1773. gadā atklāja, ka auga klātbūtne gaismā uzlabo gaisu slēgtā traukā, tādējādi pierādot skābekļa (O₂) izdalīšanos. Vācu ķīmiķis Justuss fon Lībigs (Justus von Liebig) 1840. gadā izstrādāja augu minerālās barošanās teoriju, kas lika pamatus minerālmēslu izmantošanai lauksaimniecībā.

Augu fizioloģijas kā bioloģijas zinātnes apakšnozares dibinātājs ir vācu zinātnieks Jūliuss fon Zakss (Julius von Sachs). J. fon Saks 1871. gadā veica pirmo fizioloģisko eksperimentu ar augiem, pētot dažādas krāsas gaismas ietekmi uz fotosintēzi; sarakstīja pirmo mācību grāmatu “Rokasgrāmata augu eksperimentālajā fizioloģijā” (Handbuch der Experimentalphysiologie des Pflanzen, 1865); kā arī pasniedza augu fizioloģijas kursu Bonnas universitātē (Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn). J. fon Saks izstrādāja arī fotosintēzes vispārīgo ķīmisko vienādojumu un guva eksperimentālus pierādījumus vides izmaiņu ietekmei pamatojoties uz metaboliskām izmaiņām auga organismā. Britu dabas pētnieks Čārlzs Darvins (Charles Robert Darwin) 1880. gadā aprakstīja augu fototropismu, kas kalpoja par pamatu augu hormonu atklāšanai, kā arī analizēja augu kustības (1880). Vācu botāniķis Vilhelms Pfefers (Wilhelm Friedrich Philipp Pfeffer) eksperimentāli pierādīja un teorētiski raksturoja fizioloģisko funkciju saistību ar šūnu un audu darbību (1897), kā arī izstrādāja koncepciju par vides izmaiņām (stimuliem) kā slēdžiem noteiktu organisma atbildes reakciju iedarbināšanai (1893). Ksilēmas vielu transporta teoriju augos 1894. gadā izstrādāja kopīgi divi īru zinātnieki: botāniķis Henrijs Diksons (Henry Horatio Dixon) un fiziķis Džons Džolijs (John Joly). Austriešu botāniķis un augu fiziologs Gotlībs Hāberlants (Gottlieb Haberlandt) 1902 izveidoja teorētisko pamatu augu audu kultivēšanai mākslīgā barotnē un praktiski panāca izolētu augu audu dzīvotspējas un augšanas nodrošināšanu. Krievu botāniķis Mihails Cvets (Михаил Семёнович Цвет) 1906. gadā izolēja hlorofilu, bet 1912. gadā vācu ķīmiķis Rihards Vilšteters (Richard Martin Willstätter) noskaidroja hlorofila ķīmisko struktūru (Nobela prēmija ķīmijā, 1915). Pirmo augu hormonu – auksīnu – 1926. gadā identificēja nīderlandiešu zinātnieks Fritss Vents (Frits Warmolt Went). Amerikāņu augu fiziologi Karls Hamners (Karl Hamner) un Džeimss Bonners (James Frederick Bonner) 1938. gadā pierādīja fotoperiodismu kā ziedēšanas pamatu un tā universālo darbību augos. Amerikāņu bioķīmiķis Melvins Kalvins (Melvin Ellis Calvin) 1945. gadā atklāja fotosintēzes bioķīmisko reakciju dabu (Nobela prēmija ķīmijā, 1961). Zviedru izcelsmes amerikāņu zinātnieks Folke Skugs (Folke Karl Skoog) 1955. gadā atklāja augu hormonus citokinīnus un 1962. gadā izstrādāja optimālas minerālvielu barotnes sastāvu izolētu augu audu kultivēšanai sterilos apstākļos (in vitro kultūrā). F. Skogs ir autors pasaulē visvairāk citētajam rakstam augu bioloģijā (A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures), kas līdzautorībā ar Tošio Murašigi (Toshio Murashige) 1962. gadā publicēts žurnālā Physiologia Plantarum. Latviešu izcelsmes augu fiziologs Auseklis Veģis Upsālas universitātē (Uppsala universitet) Zviedrijā 1963. gadā izstrādāja teorētisko pamatu augu miera perioda regulācijai, pierādot, ka to pilnībā izraisa ārēji apstākļi. Nīderlandiešu zinātnieki Marks van Montagū (Marc van Montagu) un Jozefs Šells (Josef Stefaan (Jeff) Schell) 1975. gadā izstrādāja teorētisko pamatu augu ģenētiskās transformācijas metodei ar baktērijas Agrobacterium tumefaciens plazmīdas starpniecību. Ar augu fotosintēzes procesu saistīta vēl viena Nobela prēmija ķīmijā, un to 1978. gadā saņēma britu bioķīmiķis Pīters Mitčels (Peter Dennis Mitchel) par hemiosmotiskās adenozīntrifosforskābes (ATF) sintēzes teorijas izstrādāšanu. Japāņu augu fiziologs Kozi Asada (Kozi Asada) 1974. gadā atklāja superoksīda anjona radikāļa veidošanos fotosintēzē un 1980. gadā aprakstīja aktīvā skābekļa formu detoksifikācijas sistēmu hloroplastos.

Līdz ar molekulārās bioloģijas metožu plašas izmantošanas sākumu 20./21. gs. mijā notikusi pakāpeniska apakšnozares nosaukuma maiņa no 'augu fizioloģijas' uz 'augu bioloģiju'. Daļēji tas skaidrojums arī ar pētniecības virzienu paplašināšanos saistībā ar augu funkciju izpēti, kas ietver augu molekulāro ģenētiku, ekofizioloģiju, augu mijiedarbības ar citiem organismiem u.c. Mūsdienās praksē pārsvarā izmanto terminu 'augu bioloģija' (ietver arī molekulāros aspektus) vai 'augu zinātnes' (ietver arī augu fizioloģijas pielietojamos aspektus).

Mūsdienu augu fizioloģijai raksturīga starpdisciplinaritāte un augsta integrācijas pakāpe ar citām bioloģijas apakšnozarēm. Eksperimentāli pētījumi fundamentālā līmenī ar augiem kā modeļorganismiem notiek sistēmbioloģijas, šūnu bioloģijas, ģenētikas, epiģenētikas, matemātiskās modelēšanas, signālu pārneses, augu-mikroorganismu mijiedarbības, sintētiskās bioloģijas, attīstības bioloģijas, ekofizioloģijas, bioķīmijas, bioinformātikas un citos virzienos. Praktiski pielietojamos virzienos augu fizioloģija joprojām ir svarīga lauksaimniecības un mežsaimniecības, kā arī biotehnoloģijas kontekstā. Augu fizioloģijai integrējoties ar molekulāro bioloģiju, ģenētiku un bioinformātiku radušās iespējas risināt sabiedrībai kritiski svarīgus jautājumus, piemēram, biodegvielas ieguvi, pret klimata pārmaiņām izturīgu augu šķirņu selekciju, enerģijas augu audzēšanas tehnoloģiju izstrādi, jaunu materiālu no augu resursiem izstrādi, augu nozīmes izvērtēšanu ekosistēmu pakalpojumos.

Galvenās pētniecības iestādes saistītas ar universitāšu bioloģijas un lauksaimniecības virzienu struktūrvienībām, kā arī ar specializētiem institūtiem un zinātniskajām biedrībām. Augu fizioloģijas pētījumi attīstīti universitātēs, kurās ir spēcīga bioloģijas zinātne kopumā, un tās ir: Hārvarda Universitāte (Harvard University) Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV), Kembridžas Universitāte (Cambridge University) Lielbritānijā, Singapūras Nacionālā Universitāte (National University of Singapore) Singapūrā, Keiptaunas Universitāte (University of Cape Town) Dienvidāfrikas Republikā, Meksikas Nacionālā Autonomā Universitāte (Universidad Nacional Autonoma de Mexico) Meksikā, Sanpaulu Universitāte (Universidade de São Paulo) Brazīlijā, Melburnas Universitāte (Melbourne University) Austrālijā. Eiropā visvairāk augu biologu ir Vācijā – gan universitātēs, gan Maksa Planka Zinātnes veicināšanas biedrības (Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften) ietilpstošajos institūtos: Maksa Planka Molekulārās Augu Fizioloģijas Institūtā (Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie) Potsdamā, Maksa Planka Ķīmiskās Ekoloģijas Institūtā (Max-Planck-Institut für chemische Ökologie) Jēnā.

Augu biologi Eiropā apvienojušies Eiropas Augu biologu biedrību federācijā (Federation of European Societies of Plant Biology), kuras sastāvā ietilpst dažādas ar eksperimentālo augu pētniecību saistītas nacionālās profesionālās apvienības. Augu bioloģijas virzienā strādājošo akadēmisko institūciju apvienība Eiropā ir Eiropas Augu zinātņu organizācija (European Plant Science Organisation). Augu biologi no visas pasaules piedalās ASV sabiedriskās organizācijas Amerikas Augu biologu biedrības (American Society of Plant Biologists) darbā.

Mūsdienās ASV zinātnieki augu bioloģijā publicē vairāk nekā 5000 rakstu gadā, bet Eiropas zinātnieki – gandrīz 8000. Pēc publicēto rakstu skaita un citējamības 21. gs. Eiropā augu bioloģijā vadošie ir Vācijas, Lielbritānijas un Francijas zinātnieki. No individuālajiem zinātniekiem ievērojamākie (citējamības ziņā pirmajās vietās) ir vācu-amerikāņu augu biologs Detlefs Veigels (Detlef Weigel) no Maksa Planka Attīstības Bioloģijas Institūta (Max Planck Institute of Developmental Biology), Vācijā (pētījis augu attīstības un evolūcijas molekulāros un ģenētiskos aspektus), beļģu augu biologs Īvs van de Pērs (Yves Van de Peer) no Gentes universitātes (Ghent University), Beļģijā (pētījis augu evolūcijas ģenētiskos aspektus), angļu augu biologs Džonatans Džounss (Jonathan D. G. Jones) no Seinsberi laboratorijas Kembridžas Universitātē (Sainsbury Laboratory Cambridge University), Lielbritānijā (pētījis augu izturību pret patogēnajiem mikroorganismiem).

Lielākie specializētie žurnāli augu bioloģijā ir Annals of Botany (kopš 1887; Oxford University Press), Environmental and Experimental Botany (kopš 1962, arī ar nosaukumu Radiation Botany; Elsevier), Journal of Experimental Botany (kopš 1950; Oxford University Press), Journal of Plant Physiology (kopš 1909, arī ar nosaukumu Zeitschrift für Pflanzenphysiologie; Elsevier), The New Phytologist (kopš 1902; Wiley), Physiologia Plantarum (kopš 1948; Wiley), Plant and Soil (kopš 1948; Springer), Plant Cell (kopš 1989; American Society of Plant Biologists), Plant, Cell & Environment (kopš 1978; Wiley), Plant Growth Regulation (kopš 1982; Springer), The Plant Journal (kopš 1991; Wiley), Plant Physiology (kopš 1926; American Society of Plant Biologists), Plant Science (kopš 1973, arī ar nosaukumu Plant Science Letters; Elsevier). Apskata rakstus augu bioloģijā publicē gadagrāmatā Annual Review of Plant Biology (kopš 1950, arī ar nosaukumiem Annual Review of Plant Physiology un Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology; Annual Reviews) un žurnālā Trends in Plant Science (kopš 1996; Elsevier).