Una granja vertical es una gran torre con múltiples niveles, cada uno con tierra y cultivos. A Dickson Despommier, profesor de ciencias ambientales en la Universidad de Columbia, se le ocurrió la idea en torno al cambio de milenio como una solución para el aumento de las poblaciones y la disminución de la disponibilidad de tierras de cultivo vírgenes. Su diseño de granja vertical tiene 30 pisos y es aproximadamente del tamaño de una manzana. El diseño de gran altura permitiría ubicar la granja vertical en el centro de las áreas urbanas, eliminando los costos de transporte.
Despommier afirma que 800 millones de hectáreas, o el 8% de la masa terrestre total de la tierra, están actualmente comprometidas con la agricultura. Históricamente, el 15% de esta tierra ha sido arruinada por malas prácticas agrícolas. Muchos científicos prevén una crisis alimentaria este siglo a menos que se tomen medidas contra ella. La agricultura «horizontal», como podemos llamarla, es responsable de la propagación de numerosas enfermedades y parásitos, como la gripe, la rabia, la fiebre amarilla, el dengue, la malaria, la tripanosomiasis, el anquilostoma y la esquistosomiasis, especialmente en los trópicos. Para proteger el medio ambiente y minimizar los vectores de enfermedades globales, Despommier sugiere que sigamos verticales con nuestras operaciones agrícolas.
Debido a que una granja vertical sería un entorno estrictamente controlado, se podrían lograr altos rendimientos. En la protección del interior, la agricultura continua puede ocurrir bajo una diversidad de circunstancias climatológicas o ecológicas.
Una granja vertical necesitaría ser un ecosistema que funcionara independientemente, porque estaría separada del exterior. Los insectos tendrían que mantenerse fuera indefinidamente, y las plantas necesitarían ventilación adecuada. Cualquier material orgánico podrido necesitaría ser reciclado o desechado a bajo costo. Cuanto más eficiente es la estructura, menos mantenimiento requiere y, en última instancia, mayor retorno de la inversión para sus propietarios. En un futuro más lejano, la granja vertical podría ser completamente automatizada.
La agricultura de interior se ha utilizado antes, principalmente para cultivos de bajo tamaño como hierbas y tomates, pero un proyecto de granja vertical aumentaría eso y permitiría la producción de cultivos más grandes como el trigo. Una limitación sería la incapacidad de criar ganado, a menos que estuviera altamente personalizado para el ambiente interior. A largo plazo, existe un fuerte incentivo para alejarse del ganado debido a la gran cantidad de alimentos necesarios para alimentar a un animal hasta que llegue a un punto en el que pueda ser sacrificado de manera rentable. Con éxito, las técnicas agrícolas verticales también podrían aplicarse a la agricultura en el espacio o en otros planetas. Esta idea a menudo se escucha en relación con la frase «sostenibilidad urbana».