Historycznie, hodowcy koncentrowali się na plonach, jakości bulw i odporności na choroby podczas rozwoju odmian. Postęp w kierunku rozwoju odmian odpornych na choroby został niedawno opisany, więc ten temat nie będzie tu omawiany (Jansky, 2000). Złożony zestaw zewnętrznych i wewnętrznych cech jakościowych jest wymagany dla świeżych ziemniaków rynkowych i przetworzonych. Zewnętrzne cechy jakościowe obejmują wielkość i kształt bulw, głębokość oczek, kolor skórki oraz brak skaz spowodowanych obiciami i chorobami. Cechy te są szczególnie ważne dla ziemniaków przeznaczonych na świeży rynek, ale mogą również wpływać na jakość w przetwórstwie. Jakość wewnętrzna obejmuje zawartość suchej masy, jakość odżywczą, smak, ilość i jakość skrobi oraz brak wad, takich jak puste serce i wewnętrzna nekroza. W ostatnich latach hodowcy są coraz bardziej zainteresowani poprawą jakości odżywczej i smaku. Ponieważ w wielu krajach konsumenci spożywają ziemniaki częściej i w większych ilościach niż inne warzywa, każda poprawa składu odżywczego prawdopodobnie przyniesie znaczące korzyści zdrowotne. W związku z tym istnieje znaczny potencjał rozwoju ziemniaka jako żywności funkcjonalnej o właściwościach promujących zdrowie lub zapobiegających chorobom, wykraczających poza podstawową funkcję dostarczania składników odżywczych. Cechy te wymagają złożonych analiz chemicznych, a czasem także oceny sensorycznej, co obecnie ogranicza możliwości hodowców w zakresie identyfikacji lepszych fenotypów. Poniżej omówiono przykładowe cechy jakościowe.
Gęstość właściwa. Ciężar właściwy bulw, który jest miarą zawartości suchej masy, jest krytyczną cechą jakości przetwórstwa. Odmiany o wysokiej zawartości suchej masy są niezbędne do produkcji frytek, chipsów i skrobi. Interakcja genotyp-środowisko dla ciężaru właściwego jest ogólnie niska, więc rankingi odmian nie zmieniają się w różnych latach i środowiskach produkcyjnych (Killick i Simmonds, 1974). Dziedziczność jest umiarkowana lub wysoka, co pozwala na osiągnięcie korzyści genetycznych poprzez selekcję klonów o wysokim ciężarze właściwym (Killick, 1977; Tai, 1976; Haynes i in., 1989). Wysoki ciężar właściwy jest często odnotowywany w klonach tetraploidalnych pochodzących z poliploidyzacji płciowej, w której diploidalny rodzic zawiera dzikie lub uprawne krewniaki ziemniaka (Tai i De Jong, 1991; Ortiz i in., 1997; Buso i in., 2000).
Kwas askorbinowy. Ziemniak jest znaczącym źródłem kwasu askorbinowego (witaminy C), który jest niezbędny do prawidłowego tworzenia kolagenu i działa jako antyoksydant. Ponadto kwas askorbinowy hamuje enzymatyczne brązowienie miąższu bulw, co zapobiega istotnemu problemowi w przemyśle przetwórstwa ziemniaków (Finlay i in., 2003). Stężenie kwasu askorbinowego w poszczególnych odmianach waha się od 11 do 36 mg na 100 g tkanki bulwy (Dale i in., 2003; Love i in., 2003). Zalecana w USA dawka dzienna wynosi 60 mg. Poziom kwasu askorbinowego obniża się z czasem podczas przechowywania, ale odnotowano różnice genotypowe w zdolności do utrzymania poziomu kwasu askorbinowego podczas przechowywania (Davies i in., 2002; Finlay i in., 2003). Ta cecha jest ważna, ponieważ wiele ziemniaków jest spożywanych po okresie przechowywania.
Zdolność antyoksydacyjna. Obecnie obserwuje się duże zainteresowanie wartością odżywczą antyoksydantów w roślinach warzywnych. Związki karotenoidowe i fenolowe w ziemniaku są silnymi antyoksydantami (Brown, 2005). W ziemniaku zidentyfikowano główne geny odpowiedzialne za produkcję karotenoidów i flawonoidów (De Jong, 1991; Van Eck i in., 1994). Zawartość karotenoidów wzrasta wykładniczo wraz z intensywnością żółtego koloru miąższu (Lu i in., 2001), dlatego łatwo jest wizualnie wyselekcjonować odmiany o wyższej jakości odżywczej dzięki karotenoidom. Antocyjany są odpowiedzialne za purpurowe i czerwone kolory i można je znaleźć na wystarczająco wysokim poziomie, aby uznać bulwy ziemniaka za źródło naturalnych barwników (Jansen i Flamme, 2006). Antyoksydanty w ziemniakach o kolorowym miąższu przyczyniają się również do odporności ziemniaków na choroby (Wegener i Jansen, 2007). Wysoka zdolność przeciwutleniająca została odnotowana w ziemniakach o białym miąższu, co wskazuje, że bezbarwne flawonoidy lub fenole mogą również odgrywać ważną rolę (Hale, 2003). Na poziom przeciwutleniaczy duży wpływ ma środowisko produkcji i warunki przechowywania (Reyes i in., 2004; Rosenthal i Jansky, 2008). W związku z tym, ważne jest, aby rozróżnić genotypowe i środowiskowe źródła zmienności podczas hodowli w celu zwiększenia zdolności antyoksydacyjnej.
Zwiększony smak. Smak wynika z połączenia smaku, aromatu i tekstury. Surowe ziemniaki są mdłe, ale stają się bardziej aromatyczne po podgrzaniu, w wyniku zmian chemicznych (Maga, 1994). Chociaż ziemniaki nie są uważane za produkty o silnym smaku, składniki smaku są złożone (Coleman i in., 1981). Pirazyny są uważane za jedne z najważniejszych i najbardziej charakterystycznych składników smaku pieczonego ziemniaka (Buttery i in., 1973). Powstają one w wyniku nieenzymatycznej reakcji Maillarda, w której cukry oddziałują z aminokwasami w wysokiej temperaturze. Istnieje silna pozytywna zależność pomiędzy pirazynami a jakością organoleptyczną zarówno ziemniaków pieczonych (Maga i Holm, 1992), jak i chipsów ziemniaczanych (Maga i Sizer, 1973). Produkty rozpadu RNA, 5′ rybonukleotydy, działają jako prekursory wzmacniaczy smaku zwanych związkami umami. Bulwy gotowane lub gotowane na parze z odmian lądowych o wyższej zawartości glutaminianu i 5′-monofosforanu guanozyny (GMP) niż odmiany S. tuberosum miały wyższą ocenę akceptowalności w testach smakowych (Morris i in., 2007). Najważniejszymi rybonukleotydami wzmacniającymi smak są 5′-monofosforan inozyny (Marcel i in., 2003) i GMP. Są one obecne w niewielkich ilościach w surowych ziemniakach, ale ich poziom wzrasta podczas gotowania, ponieważ RNA ulega degradacji. Zarówno poziomy, jak i rodzaje rybonukleotydów różnią się między odmianami ziemniaka (Maga i McNeill, 1986). Wynika to prawdopodobnie z różnic w aktywności i rodzajach enzymów rozkładających RNA. Efekt synergistyczny jest wykrywany, gdy 5′ rybonukleotydy współdziałają z aminokwasami, zwłaszcza z glutaminianem.
Odporność na słodzenie na zimno. Większość bulw ziemniaka przed przetworzeniem jest przechowywana przez pewien okres czasu. Gdy są przechowywane w niskich temperaturach (<10°C), aby zapobiec stratom z powodu kurczenia się i chorób oraz aby zapobiec kiełkowaniu, ulegają zjawisku zwanemu słodzeniem w niskich temperaturach. Wynika to przede wszystkim z gromadzenia się cukrów redukujących (glukozy i fruktozy) w miarę rozkładu skrobi. Cukry te wchodzą w interakcję z aminokwasami w reakcji Maillarda, powodując powstawanie niedopuszczalnie ciemnych produktów smażonych (Coffin i in., 1987). Często możliwe jest zredukowanie skutków przechowywania w niskiej temperaturze poprzez ponowne przygotowanie bulw przechowywanych w niskiej temperaturze w cieplejszych temperaturach przed przetwarzaniem. Powoduje to, że część cukrów jest przekształcana z powrotem w skrobię. Jednakże, rekondycjonowanie nie zawsze jest skuteczne (Coffin i in., 1987). Wykorzystując dzikie gatunki spokrewnione z Solanum, hodowcy byli w stanie poprawić poziom odporności na słodzenie na zimno w klonach hodowlanych i odmianach (Thill i Peloquin, 1994; Hayes i Thill, 2002a, c; Domański i in., 2004; Hamernik i in., 2009). Zidentyfikowano loci cech ilościowych, które są powiązane z genami kodującymi enzymy w szlakach metabolicznych węglowodanów (inwertaza, syntaza sacharozy 3, syntaza fosforanu sacharozy, pirofosforylaza ADP-glukozy, transporter sacharozy 1 oraz putatywny sensor sacharozy) (Menendez i in., 2002). Interesujący jest fakt, że większość QTL dla zawartości glukozy zmapowano na tych samych pozycjach, co dla zawartości fruktozy. Ostatnie obawy konsumentów dotyczące poziomu akrylamidu w smażonych produktach ziemniaczanych mogą zostać złagodzone poprzez hodowlę dla niskich poziomów cukrów redukujących. Akrylamidy powstają w wyniku interakcji asparaginy i cukrów redukujących podczas reakcji Maillarda. Stężenie cukrów redukujących jest czynnikiem ograniczającym w tej reakcji, dlatego oczekuje się, że minimalizacja cukrów redukujących w bulwach zmniejszy poziom akrylamidów w produktach gotowych (Silva i Simon, 2005). Wybór odmian o niskim poziomie prekursorów akrylamidu może zmniejszyć obawy o ziemniaki jako znaczące źródło akrylamidów (Vivanti i in., 2006).
Zawartość i jakość skrobi. Zawartość suchej masy w bulwach ziemniaka jest w dużej mierze determinowana przez zawartość skrobi. Zawartość skrobi jest szczególnie ważna dla przemysłu przetwórczego, ale jest również interesująca w przypadku świeżych ziemniaków rynkowych, ponieważ wpływa na teksturę. Wcześnie dojrzewające odmiany zazwyczaj nie produkują tak dużo suchej masy jak późno dojrzewające klony, które mają więcej czasu na akumulację fotosyntezy. Zgodnie z oczekiwaniami, zawartość skrobi w bulwach wydaje się być cechą poligeniczną. Ilościowe loci cech wpływające na zawartość skrobi zostały zidentyfikowane na każdym z 12 chromosomów ziemniaka (Chen i in., 2001; Gebhardt i in., 2005). Obecnie istnieje zainteresowanie hodowlą w celu zwiększenia poziomu amylozy w skrobi ziemniaczanej, ponieważ skrobia o wysokiej zawartości amylozy ma lepsze właściwości odżywcze. Po ugotowaniu część skrobi o wysokiej zawartości amylozy rekrystalizuje się, tworząc tzw. skrobię oporną, która działa jako forma błonnika pokarmowego (Karlsson i in., 2007). W badaniach nad dzikimi gatunkami Solanum stwierdzono dużą zmienność pod względem zawartości suchej masy, zawartości skrobi, zawartości białka, procentowej zawartości amylozy w skrobi i średnicy granulek skrobi (Jansen i in., 2001). Te dzikie gatunki mogą być wprowadzone do ziemniaka uprawnego, jak opisano powyżej, zapewniając środki do poprawy ważnych cech jakości bulw.