植物表型分析是理解植物基因功能及環境效應的關鍵環節，隨著植物功能基因組學和作物分子育種研究的深入，傳統的表型觀測已經成為制約其發展的主要瓶頸，而高通量的植物表型組分析技術和植物表型組學研究是解決這一困境的有效途徑。雖然植物表型組分析正在成為國內外研究的熱點，相關概念仍然較為模糊，阻礙了這一新興學科的發展。認識植物的表型特征和性狀是生物學研究的一個重要命題，缺乏詳盡的表型數據，將無法深刻理解基因組和環境因素對植物表型的復雜作用。另一方面，確保糧食有效是人類面臨的主要挑戰之一，解決糧食有效問題，除了保障耕種面積和維護生態環境，較有效的措施是開發利用優良的作物品種和先進的栽培技術，而與之相關的作物品種資源鑒定、遺傳育種、栽培生理、植物保護、功能基因組學和植物生物學等方面的研究基本都涉及到對大量植株的各種特征和性狀即表型的鑒別與分析，以及對復雜的植物生長環境的監測與控制。遺憾的是傳統的植物表型分析規模小、效率低、誤差大、適用性弱，已成為制約植物功能基因組學和分子設計育種發展的瓶頸。隨著科研需求的增長和技術方法的發展，進行高通量、有效和經濟的植物多表型數據測定和環境參數監控的必要性和可行性已經具備，植物表型組學應運而生。
表型組學概念在1997年出現在正式文獻中，特指作為基因組研究重要補充的復雜疾病性狀研究，但表型組較早被描述為細胞質或細胞核中基因和自體繁殖部分之外的總和，是生物表現型 的物性反映或物質基礎。在當前的組學研究中，基因組學的重點是基因組序列分析和基因注釋，其他組學在基因組研究的基礎上，分別研究不同時空條件下的轉錄組、蛋白組、代謝組和表型組，相互作用和亞細胞定位，代謝組學的重點是分析代謝物組成和代謝網絡，而表型組學的定義和研究范疇仍在變化和發展中 。