Les premiers travaux de sélection moderne accroissent le rendement, la résistance à la
verse, la teneur en huile (elle passe de 28% en 1915 à 45% en 1955) et l’auto-fertilité, c’est-à-dire l’aptitude à produire des
semences en l’absence de pollinisateurs. Ils réduisent aussi l’aptitude à l’égrenage. Le tournesol est fécondé par des abeilles qui transportent le pollen d’une plante à l’autre, avec comme résultat une hétérogénéité de la précocité et de la taille. Des travaux français, dans les années 1960, introduisent une stérilité mâle d’une
espèce apparentée, et permettent d’obtenir des
variétés hybrides plus homogènes et plus vigoureuses, aux rendements accrus.
Les
sélectionneurs s’attachent aussi à rendre le tournesol plus précoce et plus résistant aux multiples maladies qui peuvent l'affecter sous climat humide. Les variétés hybrides peuvent bénéficier de
résistances provenant des deux parents. Un parasite majeur comme le
mildiou a ainsi pu être contenu, ce qui a contribué au développement de la culture du tournesol au cours des vingt dernières années, notamment en France.
La sélection permet aussi une meilleure
tolérance au
phomopsis, maladie provoquant le flétrissement de la tige, et à la
pourriture blanche du capitule. En parallèle, grâce aux travaux de sélection, la qualité s’améliore : les graines contiennent désormais environ 50 % d'huile, une teneur parmi les plus élevées pour une graine. Le taux d’acides gras saturés baisse (12%) et la teneur en vitamine E augmente.
Aujourd'hui, les principaux nouveaux défis pour les sélectionneurs sont la résistance à
l'orobanche (plante parasite des racines), au
phoma (qui provoque une maturation trop rapide pour que les graines soient bien remplies), aux différents stress agro-climatiques (sécheresse, chaleur, froid, etc.), mais aussi la qualité des huiles, en particulier leur richesse en acide oléique.
Environ trois cents variétés sont inscrites au
Catalogue français, et plus de mille au Catalogue européen. Le renouvellement variétal est rapide, une variété n’étant en général commercialisée que pendant cinq ans. Le tournesol est devenu l'un des oléagineux majeurs en Europe, même si ses origines ne le disposaient pas a priori à la culture dans les zones froides ou humides.