Ekologia to nauka badająca wzajemne zależności pomiędzy organizmami żywymi, a ich otoczeniem. Nazwa "ekologia" ma swój źródłosłów w greckim słowie oikos, które oznacza dom (a w tym wypadku środowisko, w jakim bytują organizmy żywe), został on wprowadzony w 1869 roku przez E. Haeckela. Organizmy żywe oraz ich środowisko, które jest abiotyczne (nieożywione), są nierozerwalnie ze sobą sprzężone a także kształtują się wzajemnie i warunkują swoje istnienie.

W naszym środowisku można wyróżnić kilka poziomów organizacji życia, każdym z nich zajmuje się odrębny dział ekologii:

- osobnik, jako jednostka i jej relacje z otoczeniem, jest obiektem badań autekologii;

- populacja - czyli grupa osobników tego samego gatunku występująca na tym samym terenie; badaniem populacji i jej relacji ze środowiskiem zajmuje się ekologia populacyjna;

- biocenoza to grupa organizmów różnych gatunków występująca w tym samym typie środowiska, między którymi zachodzą różnego rodzaju interakcje; stosunki biocenoz z otoczeniem bada synekologia (jeśli są to biocenozy roślinne - synekologia roślin, a jeśli zwierzęce - synekologia zwierząt);

- ekosystem to kilka biocenoz bytujących razem w takich samych warunkach wyznaczanych przez dany biotop, czyli elementy nieożywione krajobrazu (granice ekosystemu wyznacza zasięg ciągłości warunków); ekosystemy bada ekologia systemowa;

- krajobraz - to kilka ekosystemów znajdujących się w jednorodnej przestrzeni fizjogeograficznej (podobne warunki bytowania i podobny teren, na którym występują); badaniem krajobrazów zajmuje się ekologia krajobrazu;

- biom - czyli wszystkie ekosystemy występujące w jednej strefie klimatycznej; badania nad biomami prowadzone są w skali całego globu, nie ma jednej podjednostki ekologii, która by się tym zajmowała

- biosfera - czyli ogół gatunków występujących na Ziemi i warunków w jakich się znajdują (atmosfera, litosfera, hydrosfera).

Populacja jest niejako podstawowym obiektem badań ekologii. Wyróżnia się ona pewnymi cehcami:

- liczebność, czyli ilość osobników w danej populacji;

- zagęszczenie - ilość osobników danej populacji przypadająca na jednostkę powierzchni;

- rozrodczość - to stosunek liczby osobników nowonarodzonych do liczebności populacji; rozrodczość maksymalna jest to zdolność do posiadania potomstwa; opór środowiska (czynniki biofizyczne działające hamująco na rozrodczość populacji); opór środowiskowy podobnie jak rozrodczość maksymalna wpływa na rozrodczość populacji ogółem; wyróżnić można dwie strategie rozrodczości: strategia "r" (stawia na ilość: dużo potomstwa, za to brak opieki nad nim), oraz strategia "k" (inwestuje w jakość: mało potomstwa, za to wychowywanie i troskliwa opieka nad nim);

- śmiertelność - czyli stosunek liczby osobników zmarłych do liczebności populacji; śmiertelność maksymalna w sumie z oporem środowiska daje śmiertelność rzeczywistą;

- struktury wiekowe, w których wyróżnia się: strukturę rozwijającą się (przewaga osobników młodych), strukturę ustabilizowaną (dominują w niej osobniki w wieku rozrodczym) oraz strukturę wygasającą (w której dominują osobnika stare i niezdolne do rozrodu i pracy na rzecz populacji);

- rozprzestrzenianie - czyli przemieszczanie się jednostek do lub z populacji;

- rozmieszczenie (struktura przestrzenna); może być ono skupiskowe (jak np. u antylop), losowe (jak w wypadku much) lub równomierne (jak w przypadku pingwinów);

- migracje czyli ruchy z populacji poza areał na jaki się ona znajduje (emigracja) lub przybywanie nowych osobników z innych populacji spoza obszaru bytowania populacji, do której przybywają (imigracja).

Aby opisać śmiertelność rzeczywistą populacji, korzystamy z tzw. krzywych przeżywania, jest ich kilka rodzajów:

- krzywa wypukła, która charakterystyczna jest dla niektórych gatunków, zwłaszcza takich, których osobniki mają duże rozmiary ciała i poświęcają wiele uwagi wychowaniu potomstwa; krzywa ta opisuje śmiertelność, która niska jest we wczesnym okresie życia, a gwałtownie rośnie, gdy osobniki osiągają dorosłość (małpy, słonie, człowiek);

- krzywa wklęsła - śmiertelność jest duża w młodości, a spada, gdy zwierzę dorasta; jest tożsama wszystkim organizmom wybierającym strategię rozrodu typu "r", czyli wydającą liczne rzesze potomków, którzy pozbawieni są opieki rodziców (małże, tasiemce, żaby);

- krzywa esowata - śmiertelność osobników młodych jest duża, stopniowo maleje u dorosłych i wzrasta ponownie w okresie starości; bardzo rozpowszechniona, przypisać ją można wielu gatunkom, np. pszczołom, mrówkom czy ptakom śpiewającym;

- krzywa schodkowa - charakterystyczna dla organizmów, których przeżywalność zmienia się w poszczególnych stadiach życiowych, jak w przypadku motyli, których śmiertelność jest bardzo wysoka w stadium złożonych jajeczek, a następnie w fazie linienia;

- krzywa jednostajnie nachylona - tempo umierania osobników jest stałe, bez względu na wiek i formę rozwojową; jest ot jednak założenie czysto teoretyczne, gdyż nie znajdziemy na naszej planecie gatunku, któremu można by ją przypisać.

W układzie ekologicznym, bez względu na jego zasięg, zawsze wyróżnić można dwie jego strefy: część abiotyczną (czyli nieożywioną, jak litosfera, atmosfera, hydrosfera, czy promienie świetlne docierające do powierzchni globu i ich energia, a także promieniowanie odbite Ziemi), oraz część biotyczną (czyli wszelkie organizmy żywe, bądź roślinne bądź zwierzęce, zamieszkujące teren.

Organizmy te występują w pewnych przestrzeniach:

- nisza ekologiczna to trójwymiarowa przestrzeń, w której osobnik jest w stanie utrzymać się przy życiu;

- stanowisko jest miejscem występowania danego osobnika;

- siedlisko, czyli zespół warunków abiotycznych, w których żyją poszczególne osobniki

- zasięg - rozmieszczenie organizmów na powierzchni kuli ziemskiej; odbywa się to bez wpływu człowieka; zasięgi mogą być opisywane słownie lub przedstawiane na mapach w postaci kształtów ograniczonych liniami (lub punktami albo barwnymi plamami) oznaczającymi najdalej na zewnątrz leżące stanowiska;

- areał - czyli obszar aktywności poszczególnych organizmów lub rodzin organizmów; jeśli areał jest aktywnie broniony, nosi nazwę terytorium albo rewiru.

Wszystkie organizmy występujące na danym terenie wchodzą ze sobą w różnego rodzaju interakcje.

Stosunki te mają różnoraki charakter - mogą być neutralne, antagonistyczne bądź protekcjonistyczne.

Stosunki neutralne to przede wszystkim neutralizm, który polega na tym, że populacje różnych gatunków nie oddziałują na siebie nawzajem (jak w przypadku wiewiórek i kretów).

Stosunki antagonistyczne:

- konkurencja, czyli oddziaływanie polegające na walce dwóch lub więcej gatunków o pewne czynniki, co wynika z podobnych warunków bytowania (ich nisze ekologiczne nakładają się); konkurencja jest oddziaływaniem przynoszącym szkody wszystkim konkurentom, w jej wyniku słabsze gatunki zostają wypierane;

- drapieżnictwo - jest to interakcja o charakterze ujemnym, w wyniku której drapieżnik reguluje liczebność populacji ofiar poprzez fizyczną eliminację jej osobników; w drapieżnictwie obowiązuje jedna zasada: koszty energetyczne zdobycia pokarmu (którym w tym przypadku jest osobnik populacji ofiar) muszą być mniejsze niż zysk energetyczny wypracowany w wyniku polowania;

- pasożytnictwo - kolejny typ interakcji ujemnej; w wyniku pasożytnictwa, pasożyt reguluje liczebność populacji gospodarzy poprzez obniżenie ich kondycji biologicznej, bowiem nie zabija on swego gospodarza, ale na tyle osłabia jego organizm, by nie mógł go zwalczyć, a nadal był w stanie go żywić;

- amensalizm - w wyniku tej interakcji czynności życiowe osobników jednej populacji szkodzą osobnikom drugiej, przy czym pierwsza strona nie wyciąga z tego wymiernych korzyści.

Reakcje protekcjonistyczne:

- komensalizm - w wyniku tej interakcji jedna populacja czerpie korzyści z istnienia i czynności życiowych drugiej populacji, która nie cierpi przez to żadnych niekorzyści; komensale to organizmy, które żywią się resztkami zdobyczy innych zwierząt; wyróżniamy endokomensale (zamieszkujące wnętrze innego organizmu) lub egzokomensale (zamieszkujące na terenie występowania danego organizmu);

- protokooperacja - czyli inaczej współżycie dwóch populacji, które czerpią korzyści z istnienia partnera, ale są w stanie przetrwać, w razie, gdyby drugiego zabrakło;

- mutualizm - współistnienie dwóch populacji, między którymi więzi są tak silne, że jedna populacja nie potrafi przetrwać bez drugiej.

Bardzo ważne jest tu zjawisko tolerancji ekologicznej, które przejawia się w zdolności organizmu do przystosowywania się do zmian pewnych czynników, kształtujących jego jakości życiowe. Zakres tolerancji ekologicznej może być:

- szeroki (zwany inaczej eurytotermicznym), jak w przypadku człowieka;

- wąski (inaczej: stenotermiczny), który może być oligotermiczny (dotyczy istot zimnolubnych, np. ryb arktycznych) lub politermiczny (obejmuje zwierzęta ciepłolubne, jak np. żółwie).

W związku z tolerancją ekologiczną powstały swa prawa:

- prawo minimum Liebiga, które stwierdza, że każdy czynnik, który występuje w najmniejszych ilościach w otoczeniu organizmu, ma na niego ograniczający wpływ (jak w przypadku wzrostu rośliny, który ograniczony może zostać w wyniku niedoborów światła);

- prawo tolerancji Shelforda - mówi ono, że zarówno nadmiar, jak i niedobór czynnika może działać w sposób ograniczający na organizm.

W naturze występują dwa typy łańcuchów pokarmowych:

- łańcuchy detrytusowe: detrytusofagi (organizmy żywiące się detrytusem, czyli zawiesiną związków organicznych) - konsumenci I - konsumenci II - konsumenci III - reducenci;

- łańcuchy spasania: producenci - konsumenci I - konsumenci II i III - reducenci.

W łańcuchach tych pojawiają się pewne grupy organizmów:

- producenci - to organizmy autotroficzne, czyli takie, które potrafią przetworzyć energię słoneczną, dwutlenek węgla i inne substancje nieorganiczne przekształcić w substancje organiczne, niezbędne im do życia; stanowią więc źródło substancji organicznych dla organizmów, które nie są w stanie same ich sobie wytworzyć; są to wszelkiego rodzaju rośliny, a także glony;

- konsumenci - to organizmy nie posiadające zdolności do wytwarzania sobie pokarmu, w związku z czym ich źródłem energii stają się pożerane organizmy; konsumenci I (pierwszego rzędu) pożerają producentów; konsumenci II (drugiego rzędu) pożerają organizmy roślinożerne; konsumenci III (trzeciego rzędu) są drapieżcami pożerającymi inne mięsożerne stworzenia;

- reducenci - to grupa organizmów, która przetwarza resztki i odpady, których żadni konsumenci nie przetworzyli.

W związku z łańcuchami pokarmowymi pojawia się jeszcze zjawisko produktywności, czyli intensywności gromadzenia określonego poziomu troficznego (pokarmowego) we własnej biomasie. Wyróżniamy:

- produktywność pierwotną, czyli intensywność zamiany energii świetlnej na chemiczną; netto - obserwowany przyrost biomasy organizmów autotroficznych przypadający na jednostkę czasu; brutto - obserwowany koszt utrzymania danego układu w sumie przyrostem biomasy autotrofów;

- produktywność wtórną, czyli proces przyswajania energii oraz jej magazynowania przez konsumentów; netto - przyrost biomasy heterotrofów; brutto - koszt utrzymania w sumie z przyrostem biomasy heterotrofów.