Ar organismu saprot jebkuru dzīvības formu uz Zemes, kam piemīt vielmaiņa un spēja vairoties. Ar vidi saprot visu, kas šo organismu ieskauj un ar ko tas tieši vai netieši mijiedarbojas.

Ekoloģiju var definēt arī kā mācību par faktoriem, kas ietekmē organismu izplatību un skaitu. Ekoloģijas pētījumu centrālās tēmas ietver organismu adaptāciju; populāciju, biocenožu un ekosistēmu dinamiku un faktorus, kas to ietekmē; vielu un enerģijas apriti dabā. Jēdzienu “ekoloģija” pirmo reizi lietoja vācu biologs Ernsts Hekels (Ernst Heinrich Philipp August Haeckel) 1866. gadā, definējot ekoloģiju kā “zinātni par dabas ekonomiku”. Mūsdienās ekoloģija pārstājusi būt tikai bioloģijas apakšnozare. Tās izpētes objekti ir ne tikai tradicionālie ekoloģiskās organizācijas līmeņi – organisms (suga), populācija, biocenoze jeb biokopa, ekosistēma un bioms –, bet arī cilvēks un biosfēra kopumā.

Ekoloģija integrē bioloģijas, ģeogrāfijas un vides zinātnes pētījumus. Ekoloģijas un vides zinātnes pētījumu jomas pārklājas. Vides zinātne pēta antropogēno (cilvēka radīto) faktoru ietekmi uz dzīvajām sistēmām, bet ekoloģija pēta visu vides faktoru – gan biotisko, gan abiotisko, gan arī antropogēno – ietekmi uz tām. Ekoloģija cieši saistīta ar ģenētiku, mikrobioloģiju, evolūcijas zinātni, fizioloģiju, sistemātiku, augsnes zinātni, ģeoloģiju, meteoroloģiju, klimatoloģiju, paleontoloģiju, bioģeogrāfiju.

Ekoloģiju var iedalīt pēc vairākiem kritērijiem: atkarībā no objekta, kas tiek pētīts; vietas, kur pētījums tiek veikts; organizācijas līmeņa, kas tiek pētīts; pielietotās metodoloģijas; pētāmā faktora; laika vai telpas mēroga u. c. Pamatiedalījums atkarībā no objekta, kas tiek pētīts, ietver augu ekoloģiju, dzīvnieku ekoloģiju, mikroorganismu ekoloģiju un molekulāro ekoloģiju jeb ekoloģisko ģenētiku. Pamatiedalījums pēc pētījuma vietas ietver sauszemes ekosistēmu ekoloģiju, hidroekoloģiju, augsnes ekoloģiju, aeroekoloģiju. Atkarībā no pētāmā organizācijas līmeņa ekoloģiju iedala autekoloģijā jeb organisma ekoloģijā (pēta atsevišķa indivīda un tā pazīmju mijiedarbību ar vidi), demekoloģijā jeb populāciju ekoloģijā (pēta vienas sugas indivīdu grupas – populācijas – iekšējos procesus un mijiedarbību ar vidi), sinekoloģijā jeb biocenožu ekoloģijā (pēta mijiedarbību starp dažādu sugu populācijām dotās biocenozes ietvaros), ekosistēmu ekoloģijā (pēta biocenozes mijiedarbību ar abiotiskajiem faktoriem dotās ekosistēmas ietvaros; enerģijas plūsmu, vielu apriti ekosistēmā). Augu sinekoloģiju sauc arī par veģetācijas zinātni. Atkarībā no izpētes aspekta ekoloģiju iedala funkcionālajā ekoloģijā – pēta sugu lomu un funkcijas ekosistēmā; traucējumu ekoloģijā (disturbance ecology) – pēta spēcīgus un pēkšņus vides stresus jeb traucējumus, kas norisinās relatīvi nelielā laika posmā un izraisa plašas izmaiņas ekosistēmās (piemēram, ugunsgrēkus, plūdus, vējgāzes, kailcirtes), un šo stresu ietekmi uz ekosistēmām un organismiem; paleoekoloģijā – pēta fosilo organismu ekoloģiju; vēsturiskajā ekoloģijā – pēta cilvēka ietekmi uz ekosistēmu un ainavu kādā vēsturiskā laika posmā; evolūcijas ekoloģijā – pēta faktorus, kas virza sugu pielāgošanos; makroekoloģijā – pēta mehānismus un veido modeļus, kas darbojas lielos telplaika mērogos (piemēram, modelē zvejniecības ietekmi uz zivju populācijām jūrās un okeānos); ainavu ekoloģijā – pēta ainavu telpisko rakstu un tā ietekmējošos faktorus un procesus. Mūsdienās arvien nozīmīgāku vietu ieņem lietišķā ekoloģija jeb dabas aizsardzības ekoloģija. Tās fokusā ir ekoloģijas atziņu lietišķie risinājumi bioloģiskās daudzveidības un dabas resursu aizsardzībā, atjaunošanā un apsaimniekošanā. 20. gs. 80. gados attīstījusies atjaunošanas ekoloģija (restoration ecology), kas pēta degradētu, bojātu vai iznīcinātu biotopu un ekosistēmu atjaunošanas iespējas; veic to praktisku atjaunošanu. Pēc metodoloģiskās pieejas ekoloģiju iedala aprakstošajā, eksperimentālajā un teorētiskajā. Aprakstošā ekoloģija apraksta uz Zemes sastopamo sugu, populāciju, biocenožu un ekosistēmu daudzveidību. Eksperimentālā ekoloģija manipulē ar organismiem un vidi, lai atklātu mehānismus, kas nosaka organismu izplatību un skaitu. Teorētiskā ekoloģija izmanto matemātikas vienādojumus un izstrādā modeļus, kas balstās uz pieņēmumiem par organismiem un vides īpašībām. Telpiskā ekoloģija (spatial ecology) – pēta sugu izplatības telpisko neviendabību. Pieaugot cilvēka ietekmei uz dabu, strauji attīstījušies arī starpdisciplināri ekoloģijas virzieni – cilvēka ekoloģija, pilsētu jeb urbānā ekoloģija, sociālā ekoloģija, ekoloģiskā ētika, ekoloģiskā ekonomika u. c. Praksē ekoloģiju mēdz iedalīt sīkāk atkarībā no konkrētā pētījuma objekta (piemēram, putnu uzvedības ekoloģija, tropisko lietus mežu ekoloģija).

Ekoloģijas zināšanas paplašina izpratni par apkārtējo pasauli un tās evolucionāro izmaiņu mehānismiem, palīdz uzlabot vides kvalitāti, saglabāt, ilgtspējīgi izmantot un pārvaldīt dabas resursus, aizsargāt cilvēku veselību. Ekoloģija kalpo par teorētisko bāzi vides zinātnei. Lielā mērā ekoloģija vides zinātnei ir kā fizika inženierzinātnēm – gan ekoloģija, gan fizika nodrošina teorētisko pamatu – inženieri izmanto fizikas principus, ceļot, piemēram, tiltus, savukārt vides zinātnieki izmanto ekoloģijas atziņas, lai risinātu vides problēmas. Ekoloģisko pētījumu rezultāti ir pamats globālo pārmaiņu ietekmes mazināšanas pasākumu plānošanā. Populācijas augšanas koncepti un modeļi tiek izmantoti cilvēku populācijas izpētē. Ekoloģijai ir liela nozīme arī citu zinātņu nozaru attīstībā, jo tā piedāvā jaunu skatījumu uz dabā un sabiedrībā noritošiem procesiem un to savstarpējo saistību.

Ekoloģijas atziņas plaši pielieto tautsaimniecības nozarēs, kas saistītas ar dzīvnieku, augu un mikroorganismu audzēšanu – lauksaimniecībā, mežsaimniecībā, zivsaimniecībā, pārtikas rūpniecībā. Piemēram, lai palielinātu ražu un samazinātu kaitēkļu un slimību postījumus, izmanto fenoloģiskos pētījumus, kaitēkļu bioloģiskās kontroles metodes. Ekoloģijas atklājumus izmanto arī medicīnā un farmācijā, piemēram, ievācot vai sintezējot augu un dzīvnieku ķimikālijas, ko tie izdala, aizsargājoties no plēsējiem vai slimībām (piemēram, no Ziemeļamerikā augošās īves Taxus brevifolia tiek ievākta viela, ko izmanto vēža ārstēšanā). Ekoloģijas teorijām (salu bioģeogrāfijas teorijai, metapopulāciju teorijai u. c.) ir praktiska nozīme dabas aizsardzībā, izstrādājot reto sugu un biotopu aizsardzības un atjaunošanas plānus, plānojot aizsargājamo teritoriju izveidi. Ekoloģija sniedz informāciju par ekosistēmu pakalpojumiem – labumiem, ko cilvēks var iegūt no ekosistēmām, kas pareizi (dabiski) funkcionē. Piemēram, purvu un mitrāju spēja filtrēt toksīnus un citus piemaisījumus ļauj samazināt slogu mākslīgajām ūdens attīrīšanas iekārtām.

Ekoloģija balstās gan uz vispārīgām bioloģijas teorijām – šūnu teoriju, homeostāzes teoriju, dabiskās izlases teoriju, evolūcijas teoriju, iedzimtības teoriju, adaptācijas teoriju, globālo pārmaiņu teoriju u. c. –, gan uz nozarei specifiskām koncepcijām, teorijām, modeļiem. Nozīmīgākās ekoloģijas teorijas saistītas ar populāciju dinamiku, biocenožu un ekosistēmu funkcionēšanu un procesiem. Viena no pirmajām ekoloģijas teorijām ir ekoloģiskās sukcesijas teorija (theory of succession), kas skaidro ekosistēmas dabisko pārveidošanos laika gaitā biotisko un abiotisko faktoru ietekmē. Šī teorija nosaka, ka jebkura ekosistēma tiecas uz galējo stacionāro stāvokli (klimaksu), kas vislabāk atbilst dotajiem klimata un augsnes apstākļiem un nodrošina ilgstošu un noturīgu dotās ekosistēmas funkcionēšanu. Mērenajā klimata joslā vairumā sauszemes ekosistēmu sukcesijas galējā (klimaksa) stadija ir mežs. Salu bioģeogrāfijas teorija (theory of island biogeography) raksturo ekoloģiski un evolucionāri izolētas ekosistēmas un pamato sugu imigrācijas un izmiršanas procesu atkarību no šo teritoriju fragmentu lieluma, izvietojuma ainavā un migrācijas koridoriem. Metapopulāciju teorija (metapopulation theory) un avota-sateknes dinamikas teorija (sourse-sink dynamics theory) apraksta mijiedarbību starp vienas sugas atsevišķām, šķietami izolētām populācijām un biotopu daudzveidības un dinamikas nozīmi šajā procesā. Relatīvi jauna (2004. gada) teorija, kas pretendē uz vienotas teorijas statusu, ir amerikāņu ekologa Džeimsa Brauna (James Hemphill Brown) izvirzītā metabolisma teorija (metabolic theory of ecology), kas apgalvo, ka visus procesus dabā kontrolē organismu vielmaiņas ātrums (metabolic rate), un ka šis vielmaiņas ātrums katram organismam atkarīgs no tā ķermeņa lieluma, temperatūras un barības vielu ķīmiskā sastāva. Ekosistēmu dinamikas teorija (theory of ecosystem dynamics) skaidro sugu daudzveidības atkarību no dabiskiem traucējumiem – sugu daudzveidība biotopā ir vislielākā, ja dabiskie traucējumi notiek ar vidēju intensitāti vai biežumu, ko skaidro vidējas intensitātes traucējumu hipotēze (intermediate disturbance hypothesis), savukārt, pieaugot sugu daudzveidībai, palielinās ekosistēmas izturība pret turpmākiem traucējumiem, ko skaidro daudzveidības stabilitātes hipotēze (diversity-stability hypothesis). Atslēgas sugu teorija (keystone species theory) postulē sugas, kuru klātbūtne būtiski izmaina biocenozes vai ekosistēmas struktūru vai funkcijas. Funkcionālās ekvivalences teorija (functional equivalence theory in ecology) skaidro, kā taksonomiski atšķirīgas augu un dzīvnieku sugas var pildīt identiskas lomas ekosistēmā (piemēram, sēklu izkliedi, apputeksnēšanu, atkritumu pārstrādi). Šī koncepcija mūsdienās radījusi jaunu sugu klasifikācijas paradigmu – sugu grupēšanu nevis taksonomiski, bet funkcionāli – funkcionālajās grupās, kuru pamatā ir sugu funkcionālo pazīmju (functional traits) līdzība, nevis to morfoloģiskā vai evolucionārā vēsture. Ģeogrāfiskā augstuma un platuma teorija (altitude latitude theory) nosaka, ka jebkuru vienādos ģeogrāfiskā platuma un augstuma grādos mītošu augu/dzīvnieku sugu var pārvietot uz jebkuru ģeogrāfisko garuma grādu abās hemisfērās. Janzena–Konnela hipotēze (Janzen–Connell hypothesis) skaidro koku sugu bioloģiskās daudzveidības likumsakarības tropiskajos lietus mežos. Augu–augsnes atgriezeniskā saite (plant–soil feedback) skaidro procesu, kad augi maina augsnes biotiskās un abiotiskās īpašības, mainot pašu augu spēju augt dotajā augsnē nākotnē. Organismu dzīves stratēģiju (life-history strategies) daudzveidību skaidro vairākas teorijas. Optimālā barošanās teorija (optimal foraging theory) nosaka, ka plēsēja barības izvēle un barošanās stratēģija atkarīga no laika, kāds nepieciešams, lai atrastu, noķertu un apēstu barību. r/K izlases teorija (r/K selection theory) formulē divas dabiskās izlases un vairošanās pamatstratēģijas, kas organismam liek izvēlēties starp pēcnācēju kvalitāti vai kvantitāti. Universālā adaptīvās stratēģijas teorija (universal adaptive strategy theory) jeb C–S–T trijstūra teorija raksturo ierobežojumus, ar kādiem saskaras organismi, kad resursi jāsadala starp trim galvenajiem uzdevumiem – augšanu, saglabāšanos un atjaunošanos. Šelforda tolerances likums (Shelford’s law of tolerance) nosaka organisma attīstības, vairošanās un sastopamības atkarību no ierobežojošā (limitējošā) vides faktora, neatkarīgi no tā, cik lielā mērā pieejami pārējie faktori. Līdzīgi Lībiga minimuma likums (Liebig’s law of the minimum) nosaka, ka ražas lielumu nosaka tas augiem nepieciešamais ķīmiskais elements, kura koncentrācija augsnē ir vismazākā. Sugas lomu jeb “profesiju” ekosistēmā skaidro ekoloģiskās nišas teorija. Ekoloģijas pētījumu lokā ir arī starpsugu attiecības jeb koakcijas – plēsēja–upura, saimnieka–patogēna, saimnieka–parazīta mijiedarbības; konkurence, mutuālisms u. c. Populāciju dinamiku apraksta populācijas augšanas matemātiskie modeļi un stratēģijas. Vielu un enerģijas apriti dabā skaidro barības jeb trofiskās ķēdes, trofiskie tīkli, enerģijas un barības vielu plūsma, ekoloģiskās piramīdas.

Ekoloģijas pētījumiem pamatā ir trīs metodoloģiskās pieejas – lauka novērojumi, eksperimenti un modelēšana (teorētiskā ekoloģija). Ekoloģisko pētījumu specifiku nosaka tas, ka dabas sistēmas ir lielas un kompleksas, tajās darbojas daudz zināmu un nezināmu faktoru, kurus nav iespējams kontrolēt, bez tam, cēloņsakarības var attīstīties tikai pēc ilgāka laika vai arī, gluži otrādi – tās var norisināties tik ātri, ka mēs tās nepamanām. Arī dabas sistēmu struktūra un procesi dažādos laika un telpas mērogos ir atšķirīgi. Visprecīzākos rezultātus dod visu trīs pieeju sintēze – kad eksperimenti un novērojumi tiek izmantoti modeļu izstrādē, piemēram, lai prognozētu, kā ekosistēma reaģēs uz invazīvo sugu vai globālās sasilšanas draudiem.

Lauka novērojumos biežāk izmantotās metodes – veģetācijas apsekošana, sugu uzskaite, datu kartēšana, paraugu ievākšana (herbāriju, putekšņu un sporu, augsnes, gaisa vai ūdens paraugu u. c.). Lauka novērojumus parasti veic nosacīti izolētās platībās – parauglaukumos (parauglaukumu metode), kur attiecības starp sugām un vidi vieglāk saprotamas. Pētījumos gandrīz vienmēr operē ar izlases kopām. Pētījumi nereti koncentrējas uz vienas konkrētas praktiskas problēmas izpēti (piemēram, kā kontrolēt vētru ietekmi vai kā samazināt ūdens vai gaisa piesārņojuma ietekmi uz dzīvajiem organismiem). Pētījuma metodes ir specifiskas katrai apakšnozarei. Sugu un populāciju dinamikas pētījumos izmanto tālizpēti un tās tehnoloģijas – biotelemetrus un citas elektroniskās izsekošanas ierīces. Lai noteiktu gēnu plūsmu un hibridizāciju starp populācijām, izmanto mikrosatelītus un molekulārās ekoloģijas metodes. Lauka apstākļos ievāktos materiālus analizē ar laboratorijas metodēm – sugu noteikšanā izmanto mikroskopiju, ķīmijas un molekulārās ķīmijas metodes; augsnes paraugus analizē ar augsnes zinātnes metodēm (piemēram, veic augsnes ķīmiskā un granulometriskā sastāva analīzi) u. c.

Eksperimenti dabā vai laboratorijā ļauj pārbaudīt viena vai dažu faktoru ietekmi uz konkrētu sugu, piemēram, parastās priedes (Pinus sylvestris) izturību pret salu vai sausumu. Kontrolētas klimatiskās kameras ļauj saglabāt noteiktus vides faktorus (gaismu, temperatūru, mitrumu, dienas garumu u. c.), ar kuriem manipulējot var pētīt katra mainīgā (vai to kombinācijas) ietekmi uz organismu. Eksperimentu priekšrocība ir tā, ka tos iespējams atkārtot un veikt manipulācijas. Sugu mijiedarbību izpētē lieto fizioloģijas, mikrobioloģijas, ģenētikas u. c. metodes; aizvien plašāk izmanto molekulārās bioloģijas metodes, kuru pamatā ir genotipa dezoksiribonukleīnskābes (DNS) struktūru analīze. Lauka novērojumos un eksperimentos iegūtos datus analīzē ar matemātiskās statistikas, daudzfaktoru biometrijas un telpiskās statistikas metodēm. Biežāk pielietotās metodes ir ordinācija jeb gradientu analīze, principiālo komponentu analīze (principal component analysis, PCA), daudzdimensiju klasifikācijas metodes. Eksperimenta atkārtojamības atšķirības un būtiskuma noteikšanai tiek pielietoti testi (Stjūdenta t–tests, ANOVA u. c.). Telpisko datu apstrādei un analīzei izmanto ģeogrāfiskās informācijas sistēmas (GIS).

Matemātisko un datormodelēšanu izmanto, lai pētītu ekosistēmu funkcionēšanas pamatprincipus un lai prognozētu populāciju, biocenožu un ekosistēmu attīstību nākotnē dažādos vides apstākļu scenārijos. Modeļi tiek veidoti, pamatojoties uz empīriskiem faktiem un materiāliem, kas apkopoti par konkrēto dabas sistēmu. Mainot dažus iestatījumus, ar šāda modeļa palīdzību var viegli novērot, kā uzvedīsies (mainīsies) sistēma. Modeļi tiek veidoti gan teorētiskai sistēmu izpētei, gan praktiskai dabas sistēmu apsaimniekošanai. Ir izveidoti visu zināmo ekoloģisko attiecību un sistēmu teorētiskie modeļi (konkurences, mutuālisma, slimību epidēmiju uzliesmojumu, populāciju augšanas u. c.). Viens no pirmajiem, vienkāršākajiem un pazīstamākajiem matemātiskajiem modeļiem ir amerikāņu matemātiķa Alfrēda Lotkas (Alfred James Lotka) un itāļu matemātiķa un fiziķa Vito Volterras (Vito Volterra) izveidotais plēsēja–upura modelis, kas raksturo plēsēja un upura (vai parazīta un saimnieka, vai zālēdāja un auga) populāciju lielumu augšanu, atkarības un svārstības. Makroekoloģijas modeļi pēta plaša mēroga dabas sistēmas, procesus un prognozē to attīstību, piemēram, prognozē adaptīvu mežu apsaimniekošanu klimata pārmaiņu kontekstā.

Lai gan ekoloģija ir salīdzinoši jauna zinātnes nozare, tās pirmsākumi atrodami jau sengrieķu filozofu Aristoteļa (Ἀριστοτέλης) un Teofrasta (Θεόφραστος) darbos, kuros aprakstīta dzīvās dabas daudzveidība, augu un dzīvnieku valsts mijiedarbība. Ekoloģijas priekšvēsturi 16.–19. gs. veicināja, pirmkārt, atsevišķi pētījumi par dabas parādību un procesu kopsakarībām botānikas un zooloģijas nozaru ietvaros, piemēram, zviedru botāniķa Kārļa Linneja (Carl von Linné) darbs “Dabas ekonomika” (Oeconomia Naturae, 1749), kurā aprakstītas starpsugu attiecības, vielu un enerģijas plūsma dabā; izvirzīta ideja par dabu kā vienotu un harmonisku līdzsvaru. Otrkārt, ekoloģijas attīstību veicināja lielie ģeogrāfiskie atklājumi. Vācu dabaspētnieka Aleksandra fon Humbolta (Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander Freiherr von Humboldt) zinātniskās ekspedīcijas uz Ameriku 1799.–1804. gadā un Sibīriju 1829. gadā lika pamatus augu ģeogrāfijai, mācībām par dabas zonām, augu pamatformām, veģetācijas tipiem, organismu un vides mijiedarbību; savukārt angļu dabaspētnieka Čārlza Darvina (Charles Robert Darwin) pasaules apceļojums 1831.–1836. gadā kalpoja par pamatu dabiskās izlases teorijai un evolūcijas zinātnei.

Ekoloģijas atziņas un metodes pirmo reizi populāri aprakstītas amerikāņu rakstnieka, naturālista un filozofa Henrija Toro (Henry David Thoreau) darbos, no kuriem pazīstamākais ir “Voldena jeb Dzīve mežā” (Walden; or, Life in the Woods, 1854). Ar novērojumu, eksperimentu un analīzes palīdzību H. Toro pētīja, kā pēc uguns vai cilvēku postījuma meža koku sēklas izplata vējš un dzīvnieki un kāda ietekme šai procesā ir laika apstākļiem (“Meža koku sukcesija”, Succession of Forest Trees, 1863). Savukārt, darbā “Sēklu izplatīšanās” (Dispersion of Seeds, uzrakstīts 1862. gadā, izdots tikai 1993. gadā) aprakstīts augu–dzīvnieku mutuālisms kā pamatfaktors ozolu mežu sukcesijā. Zinātnisku nozīmi ekoloģijas jēdzienam piešķīra E. Hekels darbā “Organismu vispārējā morfoloģija” (Generelle Morphologie der Organismen, 1866). E. Hekels ekoloģiju definēja kā zinātni par organismu attiecībām ar vidi, kur vide ietver gan dzīvās, gan nedzīvās dabas faktorus. Tomēr E. Hekela ideja par ekoloģiju kā jaunu zinātnes nozari vēl dažus gadu desmitus netika atzīta. 1887. gadā amerikāņu hidrobiologs Stīvens Forbss (Stephen Alfred Forbes) formulēja dzīvās un nedzīvās dabas sistēmisko vienotību akvatiskās sistēmās darbā “Ezers kā mikrokosms” (The Lake as a Microcosm). 1895. gadā sarakstīta pirmā mācību grāmata augu ekoloģijā “Augu sabiedrības: augu ekoloģiskās ģeogrāfijas pamati” (Plantesamfund: Grundtræk af den økologiske Plantegeografi), kurā tās autors dāņu botāniķis Kopenhāgenas Universitātes (Københavns Universitet) profesors Eigēniuss Varmings (Johannes Eugenius Bülow Warming) aprakstīja precīzu ekoloģisko pētījumu programmu, liekot pirmos zinātniskos pamatus ekoloģijai kā zinātnes nozarei. Šī grāmata kļuva par mācību līdzekli pirmajiem ekoloģijas lekciju kursiem pasaules universitātēs. 20. gs. sākumā ekoloģija tika atzīta par pilntiesīgu bioloģijas apakšnozari, un 1910. gadā Briselē (3. Starptautiskajā botānikas kongresā) tika izdalītas divas tās apakšnozares: autekoloģija un sinekoloģija. Sākās strauja ekoloģisko pētījumu attīstība. Tika dibinātas pirmās ekoloģijas pētniecības institūcijas, biedrības, izdotas pirmās zinātniskās monogrāfijas un žurnāli. Amerikāņu botāniķis Frederiks Klementss (Frederic Edward Clements) darbā “Augu sukcesija” (Plant Succession, 1916) izklāstīja augu ekoloģiskās sukcesijas teoriju. Dzīvnieku ekoloģijas pamatlicējs angļu zoologs Čārlzs Eltons (Charles Sutherland Elton) darbā “Dzīvnieku ekoloģija” (Animal Ecology, 1927) ieviesa konceptus “barības ķēde”, “trofiskā piramīda”, “ekoloģiskā niša” u. c. Tika formulēti pirmie matemātiskie populāciju dinamikas modeļi (A. Lotka – 1925. gadā, V. Volterra – 1926. gadā), aizsākot teorētiskās ekoloģijas attīstību. Krievu ģeoķīmiķis Vladimirs Vernadskis (Владимир Ивaнович Вернaдский) darbā “Biosfēra” (Биосфера, 1926) aprakstīja dzīvās dabas atgriezenisko ietekmi uz abiotisko vidi – atmosfēru, hidrosfēru, litosfēru – un rosināja pētīt dzīvās un nedzīvās dabas procesus to mijiedarbībā. Sistēmiskās koncepcijas pamatus, ieviešot ekosistēmas jēdzienu, 20. gs. 30. gados izstrādāja angļu ģeobotāniķis Artūrs Tenslijs (Sir Arthur George Tansley), aizsākot ekosistēmu ekoloģijas attīstību. Paralēli ekosistēmu ekoloģijai 20. gs. 40.–50. gados attīstījās populāciju ekoloģija. Gan populāciju, gan ekosistēmu ekoloģijā plaši tika attīstītas matemātiskās modelēšanas metodes.

Krass pavērsiens ekoloģijas attīstībā notika 20. gs. 60. gados, kad kļuva acīmredzams, ka cilvēku populācijas ekspansija, pārtikas trūkums, reģionālais un globālais vides piesārņojums un to pavadošās sociālās un politiskās problēmas ir lielā mērā ekoloģiskas. Ekoloģija pārtrauca būt tikai bioloģijas apakšnozare un no mazpazīstamas dabas zinātņu jomas pārtapa par globālu un sociālu zinātni. Par tās izpētes objektiem kļuva cilvēks un biosfēra kopumā. Radās jaunas apakšnozares un virzieni – globālā ekoloģija, sistēmu ekoloģija, evolucionārā ekoloģija, cilvēka ekoloģija, sociālā ekoloģija u. c., kas pētīja cilvēku sabiedrības un dabas sistēmu mijiedarbību un likumsakarības. Sākās zinātnes un tautsaimniecības nozaru “ekoloģizācija” (ekotoksikoloģija, ekopsiholoģija, ekosocioloģija, ekobūvniecība, ekoenerģētika u. c.). Ekoloģiskās problēmas, ko bija izraisījusi sabiedrības attīstība, veicināja arī sabiedriski politisku kustību (“zaļie”) un ideoloģiju (“dziļā ekoloģija”, deep ecology) veidošanos, kas iestājās pret vides piesārņojumu un citām zinātniski tehniskā progresa sekām. Paralēli ekoloģija turpināja attīstīties un specializēties kā bioloģijas apakšnozare. Molekulārās bioloģijas attīstība veicināja populāciju ģenētikas un mikroevolūcijas pētījumus; radās molekulārā ekoloģija, funkcionālā ekoloģija, ekofizioloģija. 1967. gadā amerikāņu ekologi Roberts Makarturs (Robert Helmer MacArthur) un Edvards Vilsons (Edward Osborne Wilson) lika pamatus salu bioģeogrāfijas teorijai. Attīstījās ekoloģiskā modelēšana un ekoloģiskā kibernētika. Datoru tehnoloģiju un programmatūru attīstība 20. gs. beigās radīja iespēju digitāli uzglabāt, attēlot un analizēt liela apjoma datus dažādos telplaika mērogos – izveidojās makroekoloģija, telpiskā ekoloģija, ainavu ekoloģija. 1999. gadā somu zinātnieks Ilka Hanskis (Ilkka Aulis Hanski) lika pamatus metapopulācijas teorijai.

Ekoloģija kā zinātne mūsdienās atrodas tās attīstības sākotnējā stadijā. Tās likumi un pamatjēdzieni vēl nav sasaistīti vienotā zinātniskā teorijā; par tiem norisinās plašas diskusijas. Zināmā mērā ekoloģija 21. gs. sākumā atrodas stadijā, kādā atradās fizika 17. gs. Nav atbildēti ekoloģijas pamatjautājumi – kā darbojas ekosistēmas un kas nosaka bioloģisko daudzveidību uz Zemes. Līdz ar to pastāv asa pretruna starp cilvēka vēlmi vadīt un kontrolēt dabas sistēmas un nepietiekamajām zināšanām par tām. Ekosistēmu apsaimniekošanas lēmumi ilgtermiņā nereti izrādās kļūdaini, jo pieņemti, balstoties uz empīriskām zināšanām un hipotēzēm. Aktīvi tiek radītas jaunas koncepcijas, kas mēģina apvienot sociālās, ekoloģiskās un ekonomiskās sistēmas – ekosistēmas tiek aplūkotas kā cilvēkam vitāli svarīgu ekosistēmu pakalpojumu (ecosystem services) sniedzējas vai kā dabas ieguldījumi cilvēkam (nature’s contributions to people).

Strauji attīstās urbānā ekoloģija, molekulārā ekoloģija, populāciju ģenētika, funkcionālā ekoloģija, globālā ekoloģija, makroekoloģija, telpiskā ekoloģija, pielietojamā ekoloģija. Aktuālas pētījumu tēmas: sugu adaptācijas spējas klimata pārmaiņu kontekstā; sugu evolūcija (sugu izzušana un jaunu sugu veidošanās); sugu funkcionālā daudzveidība; sugu genoma un bioķīmiskie pētījumi; populāciju un ekosistēmu dinamikas telpiskā analīze un modelēšana; ekosistēmu darbības pamatprincipi; ekosistēmas izturētspēja (ecosystem resilience) – ekosistēmas spēja pēc traucējumiem atjaunoties; globālo pārmaiņu (klimata, piesārņojuma, invazīvo sugu, biotopu zuduma zemes izmantošanas rezultātā) ietekme uz ekosistēmām; ekosistēmu pakalpojumi; sugu un ekosistēmu atjaunošana, jaunu (urbāno) ekosistēmu veidošanās. Jaunas pieejas metodoloģijā: populāciju, sugu un atsevišķu indivīdu evolucionārā potenciāla, adaptācijas un funkcionālās lomas izpētē izmanto molekulārās ģenētikas metodes un tehnoloģijas piemēram, DNS sekvencēšanu (DNA sequencing), kas ļauj pētīt atšķirības sugu pazīmēs ne tikai starp sugām, bet arī starp vienas sugas indivīdiem; dzīvnieku izsekošanai lieto satelītnavigācijas ierīces; ar klimata pārmaiņām saistīto rādītāju mērījumos izmanto dronu un satelītu tālizpētes tehnoloģijas. Pētījumiem raksturīga globalizācija un visu trīs metodoloģisko pieeju sintēze – eksperimentus un lauku novērojumu datus izmanto, lai veidotu kontinenta mēroga modeļus. Straujais zinātniskās informācijas pieaugums ļauj veidot pasaules mēroga brīvpieejas ekoloģisko datu bāzes – Tropicos, Global Index of Vegetation-Plot Databases, WorldClim, Map of Life, Global Population Dynamics Database, GenBank, TRY Plant Trait Database, Global Biodiversity Information Facility u. c. Precīzas, ātras, aktuālas un plaša mēroga informācijas iegūšanai, īpaši urbānajā ekoloģijā, strauji tiek attīstīta pilsoniskā zinātne (citizen science), kad liels skaits brīvprātīgo nelielā laika posmā savāc datus, kas interesē zinātniekus, piemēram, uz autoceļiem bojā gājušo dzīvnieku skaits; kādas sugas dotā brīža izplatība pasaulē; laika apstākļu vai klimata izmaiņu ietekme uz lokālo vidi. Populāri mūsdienu pilsoniskās zinātnes projekti ekoloģijā: HerpMapper, Birds and Windows Project, iNaturalist, Project Roadkill, ISeeChange u. c.

Nozīmīgākie pētniecības centri: Vāgeningenas Universitāte un Pētniecības centrs (Wageningen Universiteit en Researchcentrum, WUR) Nīderlandē; Apvienotās Karalistes Ekoloģijas un hidroloģijas centrs (Centre for Ecology and Hydrology, CEH); Šveices Federālais meža, sniega un ainavas izpētes institūts (Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, WSL); Helmholca Vides pētījumu centrs (Helmholtz Zentrum für Umweltforschung) Vācijā; Somijas Vides centrs (Suomen ympäristökeskus); Minesotas Universitātes Vides institūts (Institute on the Environment, University of Minnesota) Amerikas Savienotajās Valstīs. Ietekmīgākā profesionālā organizācija – Amerikas Ekoloģijas biedrība (Ecological Society of America, ESA), kas apvieno apmēram 10 000 pasaules ekologus no vairāk nekā 90 valstīm. Eiropas valstu profesionālās ekologu organizācijas apvienotas Eiropas Ekoloģijas federācijā (European Ecological Federation, EEF).

Zinātnisko rakstu datu bāzēs Scopus un Web of Science 2018. gadā ekoloģijai veltīti 155 periodiskie izdevumi. No tiem nozīmīgākie – Trends in Ecology and Evolution (kopš 1986. gada, izdevējs Elsevier), Nature Ecology and Evolution (kopš 2017. gada, izdevējs Nature Publishing Group), Ecology Letters (kopš 1998. gada, izdevējs Wiley-Blackwell and French National Centre for Scientific Research), Ecological Monographs (kopš 1931. gada, izdevējs Ecological Society of America), Ecology (kopš 1920. gada, izdevējs Ecological Society of America), Journal of Ecology (kopš 1913. gada, izdevējs Wiley-Blackwell), Frontiers in Ecology and the Environment (kopš 2003. gada, izdevējs Ecological Society of America). Žurnāli ekoloģijas apakšnozarēs – Journal of Applied Ecology (kopš 1964. gada, izdevējs Wiley-Blackwell), Global Ecology and Biogeography (kopš 1991. gada, izdevējs Wiley-Blackwell), Functional Ecology (kopš 1987. gada, izdevējs Wiley-Blackwell), Molecular Ecology (kopš 1992. gada, izdevējs Wiley-Blackwell), Biological Conservation (kopš 1968. gada, izdevējs Elsevier), Behavioral Ecology (kopš 1990. gada, izdevējs Oxford University Press) u. c.

Ekoloģijas aizsācēji: A. fon Humbolts – augu bioģeogrāfijas pamatlicējs, “ekoloģijas tēvs”; E. Varmings – pirmās augu ekoloģijas mācību grāmatas un lekciju kursa izveidotājs; A. Tenslijs – ekosistēmu ekoloģijas aizsācējs, pirmās ekologu profesionālās biedrības (British Ecological Society, 1913) dibinātājs un prezidents, pirmā ekoloģijas žurnāla (Journal of Ecology, 1913) dibinātājs un redaktors. Ievērojamākie 20. gs. beigu un 21. gs. sākuma ekologi: amerikāņu ekologs Roberts Vitakers (Robert Harding Whittaker) – attīstīja sukcesijas teoriju, izveidoja gradientu analīzi augu biocenožu ekoloģijā; britu ekologs un ģenētiķis Edmunds Fords (Edmund Brisco “Henry” Ford) – ekoloģiskās ģenētikas pamatlicējs (Ecological Genetics, 1964); amerikāņu biologi Jūdžins Odums (Eugene Pleasants Odum) un Hovards Odums (Howard Thomas Odum) – mūsdienu ekoloģijas pamatlicēji, pētīja ekosistēmu dinamiku, 1987. gadā bija Kraforda prēmijas (Crafoord Prize) laureāti; E. Vilsons – salu bioģeogrāfijas teorijas pamatlicējs, sociobioloģijas pamatlicējs, 1988. gadā definēja bioloģiskās daudzveidības jēdzienu, 1990. gadā bija Kraforda prēmijas laureāts; amerikāņu ekologs Ričards Formans (Richard Townsend Turner Forman) – ainavu ekoloģijas pamatlicējs, urbānās ekoloģijas pamatlicējs; amerikāņu ekologs Deivids Tilmans (George David Tilman) – funkcionālās ekoloģijas aizsācējs, attīstīja bioloģiskās daudzveidības stabilitātes hipotēzi, ieviesa jēdzienu “funkcionālā daudzveidība”. Lielu ieguldījumu ekoloģijas popularizēšanā deva angļu dabaszinātnieks, dabas filmu un televīzijas pārraižu veidotājs, kinonaturālists Deivids Atenboro (Sir David Frederick Attenborough) – pētīja dzīvo organismu uzvedību un adaptācijas spējas, popularizēja dabas aizsardzību, 2005. gadā bija Nīrenberga prēmijas (Nierenberg Prize for Science in the Public Interest) laureāts.