Большинство методик, предложенных Лысенко, были подвергнуты критике такими учёными, как П. Н. Константинов, А. А. Любищев, П. И. Лисицын и другими, ещё в период их широкого внедрения в советском сельском хозяйстве. Выявляя общие недостатки теорий и агрономических методик Лысенко, его научные оппоненты также осуждали его за разрыв с мировой наукой и хозяйственной практикой[11]. Некоторые методики (как, например, методика борьбы со свекловичным долгоносиком, предложенная венгерским энтомологом Яблоновским[12]) были известны ещё задолго до Лысенко, однако не оправдали ожиданий или являлись устаревшими[12]. Автор теории стадийного развития растений[2]. С именем Лысенко связана кампания гонений против учёных-генетиков, а также против его оппонентов, не признававших «мичуринскую генетику»[13].

Поддерживал теорию О. Б. Лепешинской о новообразовании клеток из бесструктурного «живого вещества»[14][15], впоследствии признанную антинаучной
«Письмо трёхсот», завершение карьеры
Основная статья: Письмо трёхсот

11 октября 1955 в президиум ЦК КПСС направлено «письмо трёхсот» — письмо с критикой деятельности Лысенко, подписанное 297 учёными, среди которых были биологи (в том числе уцелевшие генетики), физики, математики, химики, геологи и т. д. [11]

Авторы письма называли И. В. Мичурина выдающимся русским учёным и селекционером, отрицая, однако, связь его работ с «мичуринской биологией» Т. Д. Лысенко и И. И. Презента.

Критики считали деятельность Лысенко «приносящей неисчислимые потери», приводя в качестве примера работы группы сторонников Лысенко по вегетативной гибридизации, «переделке природы» растений и гнездовым посадкам растений, и отрицая практическую и научную значимость этих работ.
Критики называли «средневековой, позорящей советскую науку» теорию Лысенко о «порождении видов». Они указывали, что в результате дискуссий 1952—1955 гг. эта теория была специалистами СССР полностью отвергнута.

Авторы письма возражали против противостояния с зарубежной генетикой, которую они призывали не обобщать с евгеникой и расистскими теориями, а использовать её современные достижения на благо СССР.

Математики и физики, написавшие отдельное письмо, утверждали, что попытка академика А. Н. Колмогорова наладить правильное применение статистики в биологии была отвергнута академиком Т. Д. Лысенко.

Н. С. Хрущёв, по словам И. В. Курчатова, сильно негодовал и отзывался о письме как о «возмутительном». Сам Курчатов и президент АН СССР академик А. Н. Несмеянов с текстом письма были ознакомлены и полностью его одобрили, но не могли его подписать, так как были членами ЦК КПСС. Однако Курчатов поддержал мнения и выводы учёных в разговоре с Хрущёвым.[11]

Неприятие учёных и множество писем в руководящие органы в конце концов привели к отставке Лысенко с поста президента ВАСХНИЛ, однако в 1961—1962 гг. Лысенко был возвращён на этот пост по личной инициативе Н. С. Хрущёва.
Публичное обсуждение деятельности Лысенко

    Эпизод лысенковщины был главой скорее из истории псевдонауки, чем из истории науки.

    — Лорен Грэхем, историк науки, 1972, "Science and philosophy in the Soviet Union", p. 195, New York, USA[95]

    Школа Лысенко не возникла из какой-либо умирающей тенденции в науке, она восстала против науки вообще.

    — David Joravsky, 1970. "The Lysenko Affair", p. IX, Cambridge, MA, USA[96]

    «Если наши выдающиеся практики будут высказываться в пользу теорий и мнений, явно абсурдных для каждого, кто хоть немного знает генетику, такие, как положения, выдвинутые недавно президентом Лысенко и его единомышленниками… то стоящий перед нами выбор будет аналогичен выбору между знахарством и медициной, между астрологией и астрономией и между алхимией и химией»

    — Hermann Muller, генетик, лауреат Нобелевской премии[97]

    На примере деятельности Лысенко можно воочию показать сущность вмешательства коммунистов в сферу, где их участия не требовалось, где они нанесли урон, не преодолённый и сегодня. Парадоксальной стороной сегодняшней жизни в России стало то, что вред лысенкоизма до сих пор здесь не понят, хотя на Западе пример Лысенко стал аксиоматической формулой доказательства уродливости тоталитаризма. Умиление неоценёнными трудами шарлатанов было бы невозможно в цивилизованных странах, но ещё находит себе лазейки в обществе российском. Ведь до сих пор в России встречаются люди, публикующие статьи о якобы неоценённом современниками положительном вкладе Лысенко в науку, с напыщенным видом разглагольствующие на эту тему с экранов телевизора.

    — Валерий Сойфер, генетик и историк науки, 2001. "Власть и наука"[98]

    Я авторитетно заявляю, что не было ни одного образованного биолога в тридцатые и сороковые годы, кто мог бы вполне серьёзно воспринимать лысенковское «учение». Если грамотный биолог стоял на позиции Лысенко — он врал, выслуживался, он делал карьеру, он имел при этом какие угодно цели, но он не мог не понимать, что лысенковщина — это бред!

    — Владимир Эфроимсон, генетик, 1989. "Авторитет, а не авторитарность"[99]
«Премия Лысенко»

Во Франции либерально-консервативной организацией «Club de l’Horloge» была учреждена «Премия Лысенко» (фр. Prix Lyssenko).[135] Согласно формулировке оргкомитета, эта своеобразная анти-премия вручается

    автору или лицу, которые своими произведениями или деятельностью внесли образцовый вклад в дезинформирование в области науки или истории, используя идеологические методы и аргументы.