เพื่อจัดโครงสร้างการศึกษาด้านนิเวศวิทยาให้เป็นกรอบแนวคิดที่จัดการได้ง่าย โลกชีวภาพจึงถูกจัดระเบียบเป็นลำดับชั้นโดยมีขนาดตั้งแต่ (เท่าที่เกี่ยวข้องกับนิเวศวิทยา) สิ่งมีชีวิตไปจนถึงประชากรกลุ่มชุมชนระบบนิเวศ ชีวนิเวศและจนถึงระดับชีวมณฑล [ ^{6 ] กรอบ}นี้ก่อให้เกิด ลำดับ ชั้นแบบแพนนาร์คี^{[ 7 ]}และแสดง พฤติกรรม ที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งหมายความว่า "ผลและสาเหตุไม่สมดุลกัน ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในตัวแปรที่สำคัญ เช่น จำนวนจุลินทรีย์ตรึงไนโตรเจนอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ไม่สมดุล หรืออาจไม่สามารถย้อนกลับได้ในคุณสมบัติของระบบ" ^{[ 8 ] : 14}

ความหลากหลายทางชีวภาพ (คำย่อของ "biological diversity") หมายถึงความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตตั้งแต่ยีนไปจนถึงระบบนิเวศ และครอบคลุมทุกระดับขององค์ประกอบทางชีวภาพคำนี้มีความหมายหลายอย่าง และมีหลายวิธีในการจัดทำดัชนี วัด กำหนดลักษณะ และแสดงถึงองค์ประกอบที่ซับซ้อน^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} ความหลากหลาย ทางชีวภาพรวมถึงความหลากหลายของชนิดพันธุ์ความหลากหลายของระบบนิเวศและความหลากหลายทางพันธุกรรมและนักวิทยาศาสตร์สนใจในวิธีที่ความหลากหลายนี้ส่งผลกระทบต่อกระบวนการทางนิเวศวิทยาที่ซับซ้อนซึ่งดำเนินงานในระดับต่างๆ เหล่านี้^{[ 11 ] [ 13 ] [ 14 ]}

ความหลากหลายทางชีวภาพมีบทบาทสำคัญในบริการระบบนิเวศซึ่งโดยนิยามแล้วจะช่วยรักษาและปรับปรุงคุณภาพชีวิตของมนุษย์^{[ 12 ] [ 15 ] [ 16 ]}ความหลากหลายทางชีวภาพให้บริการระบบนิเวศในภูมิทัศน์จริงที่มีความหลากหลาย โดยได้รับอิทธิพลจากการจัดการของมนุษย์และสภาพแวดล้อม^{[ 17 ]} ลำดับความสำคัญในการอนุรักษ์และเทคนิคการจัดการต้องการแนวทางและการพิจารณาที่แตกต่างกันเพื่อจัดการกับขอบเขตทางนิเวศวิทยาของความหลากหลายทางชีวภาพอย่างครบถ้วนทุนทางธรรมชาติที่สนับสนุนประชากรมีความสำคัญต่อการรักษาระบบนิเวศ^{[ 18 ] [ 19 ]}และการอพยพ ของสายพันธุ์ (เช่น การอพยพของปลาในแม่น้ำและการควบคุมแมลงโดยนก) ได้รับการระบุว่าเป็นกลไกหนึ่งที่ทำให้เกิดการสูญเสียบริการเหล่านั้น^{[ 20 ]}ความเข้าใจเกี่ยวกับความหลากหลายทางชีวภาพมีประโยชน์ในทางปฏิบัติสำหรับนักวางแผนการอนุรักษ์ในระดับสายพันธุ์และระบบนิเวศ เนื่องจากพวกเขาให้คำแนะนำด้านการจัดการแก่บริษัทที่ปรึกษา รัฐบาล และอุตสาหกรรม^{[ 21 ]}

ถิ่นที่อยู่ของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งอธิบายถึงสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตนั้นอาศัยอยู่และประเภทของชุมชนที่เกิดขึ้น^{[ 22 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง "ถิ่นที่อยู่สามารถนิยามได้ว่าเป็นภูมิภาคในพื้นที่สิ่งแวดล้อมที่ประกอบด้วยมิติหลายมิติ โดยแต่ละมิติแสดงถึงตัวแปรสิ่งแวดล้อมทางชีวภาพหรืออชีวภาพ กล่าวคือ องค์ประกอบหรือลักษณะใด ๆ ของสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องโดยตรง (เช่น ชีวมวลและคุณภาพของอาหารสัตว์) หรือโดยอ้อม (เช่น ระดับความสูง) กับการใช้สถานที่นั้น ๆ ของสัตว์" ^{[ 23 ] : 745}

นิยามของนิชมีมาตั้งแต่ปี 1917 ^{[ 26 ]}ในปี 1957 G. Evelyn Hutchinsonได้นำเสนอ "ชุดของเงื่อนไขทางชีวภาพและอชีวภาพที่สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งสามารถดำรงอยู่และรักษาระดับประชากรให้คงที่ได้" ^{[ 26 ] : 519}นิชเป็นแนวคิดหลักในนิเวศวิทยาของสิ่งมีชีวิตและแบ่งออกเป็น นิช พื้นฐานและ นิช ที่เกิดขึ้นจริงนิชพื้นฐานคือชุดของเงื่อนไขทางสิ่งแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งสามารถดำรงอยู่ได้ นิชที่เกิดขึ้นจริงคือชุดของเงื่อนไขทางสิ่งแวดล้อมและนิเวศวิทยาที่สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งสามารถดำรงอยู่ได้^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}นิชของ Hutchinson ถูกกำหนดในเชิงเทคนิคมากขึ้นว่าเป็น " ไฮ เปอร์สเปซแบบยุคลิด ที่ มี มิติที่กำหนดเป็นตัวแปรสิ่งแวดล้อมและขนาด ของมัน เป็นฟังก์ชันของจำนวนค่าที่ค่าสิ่งแวดล้อมอาจมีซึ่งสิ่งมีชีวิตมีสมรรถภาพที่ดี " ^{[ 29 ] : 71}

สิ่งมีชีวิตอยู่ภายใต้แรงกดดันจากสิ่งแวดล้อม แต่พวกมันก็ปรับเปลี่ยนถิ่นที่อยู่ของพวกมันด้วยเช่นกันการตอบสนองเชิงควบคุมระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมสามารถส่งผลกระทบต่อสภาวะต่างๆ ตั้งแต่ระดับท้องถิ่น (เช่นบ่อบีเวอร์ ) ไปจนถึงระดับโลก ตลอดช่วงเวลาและแม้กระทั่งหลังความตาย เช่น ท่อนไม้ที่เน่าเปื่อยหรือโครงกระดูกซิลิกา ที่สะสมจากสิ่งมีชีวิตในทะเล ^{[ 30 ]}วิศวกรรมระบบนิเวศมีความเกี่ยวข้องกับการสร้างนิชแต่แบบแรกเกี่ยวข้องกับการดัดแปลงทางกายภาพของถิ่นที่อยู่เท่านั้น ในขณะที่แบบหลังยังพิจารณาถึงนัยยะเชิงวิวัฒนาการของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพต่อสิ่งแวดล้อมและผลตอบรับต่อการคัดเลือกโดยธรรมชาติ วิศวกรระบบนิเวศถูกนิยามว่า: "สิ่งมีชีวิตที่ปรับเปลี่ยนความพร้อมของทรัพยากรให้กับสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นโดยตรงหรือโดยอ้อม โดยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพในวัสดุชีวภาพหรืออชีวภาพ ในการทำเช่นนั้น พวกมันจะปรับเปลี่ยน บำรุงรักษา และสร้างถิ่นที่อยู่" ^{[ 31 ] : 373}

ไบโอมเป็นหน่วยการจัดระเบียบขนาดใหญ่ที่จัดหมวดหมู่ภูมิภาคของระบบนิเวศของโลก โดยส่วนใหญ่ตามโครงสร้างและองค์ประกอบของพืชพรรณ^{[ 32 ]}มีวิธีการต่างๆ ในการกำหนดขอบเขตทวีปของไบโอมซึ่งถูกครอบงำโดยชุมชนพืชพรรณประเภทการทำงานที่แตกต่างกัน ซึ่งถูกจำกัดการกระจายตัวโดยสภาพภูมิอากาศ ปริมาณน้ำฝน สภาพอากาศ และตัวแปรสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ไบโอมประกอบด้วยป่าฝนเขตร้อน ป่าผลัดใบและป่าผสมเขตอบอุ่น ป่าผลัดใบเขตอบอุ่นไทกา ทุนดราทะเลทรายร้อนและทะเลทรายขั้วโลก^{[ 33 ]}นักวิจัยคนอื่นๆ ได้จัดหมวดหมู่ไบโอมอื่นๆ เมื่อไม่นานมานี้ เช่น ไมโครไบโอมของมนุษย์และไมโครไบโอมในมหาสมุทรสำหรับจุลินทรีย์ร่างกายมนุษย์เป็นทั้งที่อยู่อาศัยและภูมิทัศน์^{[ 34 ]}ไมโครไบโอมถูกค้นพบส่วนใหญ่ผ่านความก้าวหน้าในพันธุศาสตร์โมเลกุลซึ่งได้เปิดเผยความหลากหลายทางชีวภาพของจุลินทรีย์ที่ซ่อนอยู่บนโลก ไมโครไบโอมในมหาสมุทรมีบทบาทสำคัญในด้านชีวธรณีเคมีเชิงนิเวศของมหาสมุทรของโลก^{[ 35 ]}

ระดับที่ใหญ่ที่สุดของการจัดระเบียบทางนิเวศวิทยาคือชีวมณฑล: ผลรวมทั้งหมดของระบบนิเวศบนโลกความสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยาควบคุมการไหลของพลังงาน สารอาหาร และสภาพภูมิอากาศไปจนถึงระดับดาวเคราะห์ ตัวอย่างเช่น ประวัติการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบ CO2 และ O2 ในชั้นบรรยากาศของโลกรับกระทบจากการไหลของก๊าซชีวภาพที่มาจากการหายใจและการสังเคราะห์แสง โดยระดับจะผันผวนไปตามกาลเวลาที่เกี่ยวข้องกับนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการของพืชและสัตว์^{[ 36 ]}ทฤษฎีทางนิเวศวิทยายังถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์การควบคุมที่เกิดขึ้นเองในระดับดาวเคราะห์ ตัวอย่างเช่นสมมติฐานไกอาเป็นตัวอย่างของแนวคิดแบบองค์รวมที่นำมาใช้ในทฤษฎีทางนิเวศวิทยา^{[ 37 ]}สมมติฐานไกอากล่าวว่ามีวงจรป้อนกลับ ที่เกิดขึ้นเอง จากกระบวนการเผาผลาญของสิ่งมีชีวิตที่รักษาอุณหภูมิแกนกลางของโลกและสภาพบรรยากาศให้อยู่ภายในช่วงความทนทานที่ควบคุมตัวเองได้แคบๆ^{[ 38 ]}

นิเวศวิทยาประชากรศึกษาพลวัตของประชากรสายพันธุ์และวิธีที่ประชากรเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมที่กว้างขึ้น^{[ 39 ]}ประชากรประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์เดียวกันที่อาศัยอยู่ มีปฏิสัมพันธ์ และอพยพผ่านนิเวศวิทยาและถิ่นที่อยู่เดียวกัน^{[ 40 ]}

กฎหลักของนิเวศวิทยาประชากรคือแบบจำลองการเติบโตแบบมัลทัส^{[ 41 ]}ซึ่งระบุว่า "ประชากรจะเติบโต (หรือลดลง) อย่างรวดเร็วตราบใดที่สภาพแวดล้อมที่บุคคลทุกคนในประชากรประสบยังคงคงที่" ^{[ 41 ] : 18}แบบจำลองประชากรแบบง่ายมักเริ่มต้นด้วยตัวแปรสี่ตัว ได้แก่ การตาย การเกิดการอพยพเข้าและการอพยพออก

ตัวอย่างของแบบจำลองประชากรเบื้องต้นอธิบายถึงประชากรปิด เช่น บนเกาะ ที่ไม่มีการอพยพเข้าและออก สมมติฐานจะได้รับการประเมินโดยอ้างอิงจากสมมติฐานว่าง ซึ่งระบุว่า กระบวนการ สุ่มสร้างข้อมูลที่สังเกตได้ ในแบบจำลองเกาะเหล่านี้ อัตราการเปลี่ยนแปลงของประชากรจะอธิบายได้ด้วย:

${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} N(t)}{\operatorname {d} t}}=bN(t)-dN(t)=(bd)N(t)=rN(t),}$

โดยที่Nคือจำนวนประชากรทั้งหมดbและdคืออัตราการเกิดและการตายต่อหัวประชากรตามลำดับ และrคืออัตราการเปลี่ยนแปลงประชากรต่อหัวประชากร^{[ 41 ] [ 42 ]}

โดยใช้เทคนิคการสร้างแบบจำลองเหล่านี้ หลักการเติบโตของประชากรของมัลทัสจึงถูกแปลงเป็นแบบจำลองที่รู้จักกันในชื่อสมการโลจิสติกโดยปิแอร์ แวร์ฮุลสต์ ในเวลาต่อมา :

${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} N(t)}{\operatorname {d} t}}=rN(t)-\alpha N(t)^{2}=rN(t)\left({\frac {KN(t)}{K}}\right),}$

โดยที่N(t)คือจำนวนของสิ่งมีชีวิตที่วัดเป็น ความหนาแน่น ของชีวมวลเป็นฟังก์ชันของเวลาt , rคืออัตราการเปลี่ยนแปลงสูงสุดต่อหัว ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าอัตราการเติบโตที่แท้จริง และ${\displaystyle \alpha }$คือค่าสัมประสิทธิ์ความหนาแน่น ซึ่งแสดงถึงการลดลงของอัตราการเติบโตของประชากรต่อจำนวนประชากรที่เพิ่มเข้ามา สูตรระบุว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงของขนาดประชากร (${\displaystyle \mathrm {d} N(t)/\mathrm {d} t}$) จะเติบโตจนเข้าใกล้จุดสมดุล โดยที่ (${\displaystyle \mathrm {d} N(t)/\mathrm {d} t=0}$เมื่ออัตราการเพิ่มขึ้นและความแออัดมีความสมดุลกัน${\displaystyle r/\alpha }$แบบจำลองที่คล้ายคลึงกันทั่วไปจะกำหนดจุดสมดุล${\displaystyle r/\alpha }$โดยที่Kคือค่าที่เรียกว่า "ความสามารถในการรองรับ"

นิเวศวิทยาประชากรสร้างขึ้นจากแบบจำลองเบื้องต้นเหล่านี้เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการทางประชากรศาสตร์ในประชากรศึกษาจริงให้ดียิ่งขึ้น ประเภทของข้อมูลที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ประวัติชีวิตความอุดมสมบูรณ์และอัตราการรอดชีวิต และข้อมูลเหล่านี้จะถูกวิเคราะห์โดยใช้เทคนิคทางคณิตศาสตร์ เช่นพีชคณิตเมทริกซ์ข้อมูลนี้ใช้สำหรับการจัดการสต็อกสัตว์ป่าและการกำหนดโควตาการเก็บเกี่ยว^{[ 42 ] [ 43 ]}ในกรณีที่แบบจำลองพื้นฐานไม่เพียงพอ นักนิเวศวิทยาอาจนำวิธีการทางสถิติประเภทต่างๆ มาใช้ เช่นเกณฑ์ข้อมูลของ Akaike [ ^{44 ] หรือใช้แบบจำลองที่อาจมีความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์มากขึ้น เนื่องจาก "สมมติฐานที่แข่งขันกันหลาย ข้อ}ถูกนำมาพิจารณาพร้อมกันกับข้อมูล" ^{[ 45 ]}

แนวคิดเรื่องเมตาประชากรได้รับการกำหนดไว้ในปี พ.ศ. 2512 ^{[ 46 ]}ว่าเป็น "ประชากรของประชากรที่สูญพันธุ์ในท้องถิ่นและกลับมาตั้งถิ่นฐานใหม่" ^{[ 47 ] : 105}นิเวศวิทยาเมตาประชากรเป็นแนวทางทางสถิติอีกวิธีหนึ่งที่มักใช้ในการวิจัยด้านการอนุรักษ์ [ ^{48 ] แบบ}จำลองเมตาประชากรทำให้ภูมิทัศน์ง่ายขึ้นโดยแบ่งเป็นหย่อมๆ ที่มีคุณภาพแตกต่างกัน^{[ 49 ]}และเมตาประชากรเชื่อมโยงกันด้วยพฤติกรรมการอพยพของสิ่งมีชีวิต การอพยพของสัตว์แตกต่างจากการเคลื่อนไหวประเภทอื่นๆ เพราะเกี่ยวข้องกับการออกเดินทางและกลับมาตามฤดูกาลของแต่ละตัวจากถิ่นที่อยู่^{[ 50 ]}การอพยพยังเป็นปรากฏการณ์ระดับประชากร เช่นเดียวกับเส้นทางการอพยพของพืชเมื่อพวกมันเข้ามาอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมหลังยุคน้ำแข็งทางตอนเหนือ นักนิเวศวิทยาพืชใช้บันทึกละอองเรณูที่สะสมและแบ่งชั้นในพื้นที่ชุ่มน้ำเพื่อสร้างช่วงเวลาของการอพยพและการกระจายตัวของพืชที่สัมพันธ์กับสภาพภูมิอากาศในอดีตและปัจจุบัน เส้นทางการอพยพเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการขยายขอบเขตเมื่อประชากรพืชขยายตัวจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่ง มีการจำแนกประเภทการเคลื่อนไหวที่ใหญ่กว่า เช่น การเดินทางไปทำงาน การหาอาหาร พฤติกรรมอาณาเขต การหยุดนิ่ง และการเคลื่อนที่ไปมา การกระจายตัวมักจะแตกต่างจากการอพยพ เพราะเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบถาวรทางเดียวของแต่ละบุคคลจากประชากรที่เกิดไปยังประชากรอื่น^{[ 51 ] [ 52 ]}

นิเวศวิทยาชุมชนคือการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มของสปีชีส์ที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์เดียวกัน นักนิเวศวิทยาชุมชนศึกษาปัจจัยกำหนดรูปแบบและกระบวนการสำหรับสปีชีส์ที่โต้ตอบกันตั้งแต่สองสปีชีส์ขึ้นไป การวิจัยในนิเวศวิทยาชุมชนอาจวัดความหลากหลายของสปีชีส์ในทุ่งหญ้าที่เกี่ยวข้องกับความอุดมสมบูรณ์ของดิน นอกจากนี้ยังอาจรวมถึงการวิเคราะห์พลวัตของผู้ล่าและเหยื่อ การแข่งขันระหว่างพืชชนิดที่คล้ายคลึงกัน หรือปฏิสัมพันธ์แบบพึ่งพาซึ่งกันและกันระหว่างปูและปะการัง^{[ 53 ] : 250}

แนวคิดพื้นฐานของระบบนิเวศสามารถสืบย้อนไปได้ถึงปี 1864 ในงานเขียนของGeorge Perkins Marsh (“Man and Nature”) ^{[ 55 ] [ 56 ]}ระบบนิเวศอาจเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยภายในไบโอมที่ประกอบกันเป็นองค์รวมและเป็นระบบที่ตอบสนองแบบไดนามิกซึ่งมีทั้งองค์ประกอบทางกายภาพและชีวภาพ นิเวศวิทยาของระบบนิเวศเป็นวิทยาศาสตร์ที่กำหนดการไหลเวียนของวัสดุ (เช่น คาร์บอน ฟอสฟอรัส) ระหว่างแหล่งต่างๆ (เช่น ชีวมวลของต้นไม้ สารอินทรีย์ในดิน) นักนิเวศวิทยาของระบบนิเวศพยายามที่จะกำหนดสาเหตุพื้นฐานของการไหลเวียนเหล่านี้ การวิจัยในนิเวศวิทยาของระบบนิเวศอาจวัดการผลิตขั้นต้น (g C/m^2) ในพื้นที่ชุ่มน้ำที่สัมพันธ์กับอัตราการย่อยสลายและการบริโภค (g C/m^2/y) ซึ่งต้องอาศัยความเข้าใจเกี่ยวกับความเชื่อมโยงของชุมชนระหว่างพืช (เช่น ผู้ผลิตขั้นต้น) และผู้ย่อยสลาย (เช่นเชื้อราและแบคทีเรีย) ^{[ 57 ]}

ห่วงโซ่อาหารเป็นเครือข่ายทางนิเวศวิทยา ต้นแบบ พืชดักจับพลังงานแสงอาทิตย์และใช้ในการสังเคราะห์น้ำตาลอย่างง่ายระหว่างการสังเคราะห์แสงเมื่อพืชเจริญเติบโต พวกมันจะสะสมสารอาหารและถูกกินโดยสัตว์ กินพืช และพลังงานจะถูกส่งต่อไปยังห่วงโซ่ของสิ่งมีชีวิตโดยการบริโภค เส้นทางการกินแบบเส้นตรงที่เรียบง่ายซึ่งเคลื่อนจากสิ่งมีชีวิต ระดับล่างสุด ไปจนถึงผู้บริโภคระดับสูงสุดเรียกว่าห่วงโซ่อาหาร ห่วงโซ่อาหารในชุมชนนิเวศวิทยาสร้างห่วงโซ่อาหารที่ซับซ้อน ห่วงโซ่อาหารเป็น แผนผังแนวคิดประเภทหนึ่งที่ใช้ในการแสดงและศึกษาเส้นทางการไหลของพลังงานและวัสดุ^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]}

ระดับโภชนาการ (จากภาษากรีกtroph , τροφή, trophē ซึ่งหมายถึง "อาหาร" หรือ "การกิน") คือ "กลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่ได้รับพลังงานส่วนใหญ่จากระดับที่อยู่ต่ำกว่า (ตามพีระมิดทางนิเวศวิทยา ) ที่อยู่ใกล้แหล่งอชีวภาพ" ^{[ 61 ] : 383}การเชื่อมโยงในสายใยอาหารส่วนใหญ่เชื่อมโยงความสัมพันธ์ในการกินหรือโภชนาการระหว่างสายพันธุ์ ความหลากหลายทางชีวภาพภายในระบบนิเวศสามารถจัดระเบียบเป็นพีระมิดโภชนาการได้ โดยที่มิติแนวตั้งแสดงถึงความสัมพันธ์ในการกินที่ห่างออกไปจากฐานของห่วงโซ่อาหารขึ้นไปสู่ผู้ล่าสูงสุด และมิติแนวนอนแสดงถึงความอุดมสมบูรณ์หรือชีวมวลในแต่ละระดับ^{[ 62 ]}เมื่อความอุดมสมบูรณ์หรือชีวมวลสัมพัทธ์ของแต่ละสายพันธุ์ถูกจัดเรียงตามระดับโภชนาการที่เกี่ยวข้อง พวกมันจะถูกจัดเรียงเป็น 'พีระมิดแห่งจำนวน' โดยธรรมชาติ^{[ 63 ]}

โดยทั่วไปแล้ว สิ่งมีชีวิตจะถูกแบ่งออกเป็นออโตโทรฟ (หรือผู้ผลิตขั้นต้น ) เฮเทอโรโทรฟ (หรือผู้บริโภค ) และดีทริทิโวร์ (หรือผู้ย่อยสลาย ) ออโตโทรฟคือสิ่งมีชีวิตที่ผลิตอาหารเองได้ (การผลิตมากกว่าการหายใจ) โดยการสังเคราะห์แสงหรือการสังเคราะห์ทางเคมีเฮเทอโรโทรฟคือสิ่งมีชีวิตที่ต้องกินสิ่งมีชีวิตอื่นเพื่อบำรุงเลี้ยงและให้พลังงาน (การหายใจมากกว่าการผลิต) ^{[ 39 ]}เฮเทอโรโทรฟสามารถแบ่งย่อยออกเป็นกลุ่มการทำงานต่างๆ ได้อีก ได้แก่ผู้บริโภคขั้นต้น (สัตว์ กินพืชอย่างเคร่งครัด) ผู้บริโภคขั้นที่สอง ( ผู้ล่ากินเนื้อที่กินเฉพาะสัตว์กินพืช) และผู้บริโภคขั้นที่สาม (ผู้ล่าที่กินทั้งสัตว์กินพืชและผู้ล่า) ^{[ 64 ]}สัตว์กินทั้งพืชและสัตว์ไม่สามารถจัดอยู่ในหมวดหมู่การทำงานได้อย่างชัดเจน เพราะพวกมันกินทั้งเนื้อเยื่อพืชและสัตว์ มีการเสนอแนะว่าสัตว์กินทั้งพืชและสัตว์มีอิทธิพลในการทำงานในฐานะผู้ล่ามากกว่า เพราะเมื่อเทียบกับสัตว์กินพืชแล้ว พวกมันมีประสิทธิภาพในการกินหญ้าค่อนข้างต่ำ^{[ 65 ]}

ระดับโภชนาการเป็นส่วนหนึ่งของ มุมมองระบบ แบบองค์รวมหรือระบบที่ซับซ้อนของระบบนิเวศ^{[ 66 ] [ 67 ]}แต่ละระดับโภชนาการประกอบด้วยสายพันธุ์ที่ไม่เกี่ยวข้องกันซึ่งถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันเนื่องจากมีหน้าที่ทางนิเวศวิทยาร่วมกัน ทำให้มองเห็นภาพรวมของระบบได้^{[ 68 ]}แม้ว่าแนวคิดเรื่องระดับโภชนาการจะให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการไหลของพลังงานและการควบคุมจากบนลงล่างภายในห่วงโซ่อาหาร แต่ก็มีปัญหาเนื่องจากการกินพืชและสัตว์กินเนื้ออย่างแพร่หลายในระบบนิเวศจริง สิ่งนี้ทำให้ผู้เชี่ยวชาญด้านนิเวศวิทยาบางคน "ย้ำว่าแนวคิดที่ว่าสายพันธุ์ต่างๆ รวมตัวกันอย่างชัดเจนเป็นระดับโภชนาการที่แยกจากกันและเป็นเนื้อเดียวกันนั้นเป็นเรื่องสมมติ" ^{[ 69 ] : 815}อย่างไรก็ตาม การศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าระดับโภชนาการที่แท้จริงมีอยู่จริง แต่ "เหนือระดับโภชนาการของสัตว์กินพืช ห่วงโซ่อาหารจะถูกอธิบายได้ดีกว่าว่าเป็นใยแมงมุมที่พันกันยุ่งเหยิงของสัตว์กินพืชและสัตว์กินเนื้อ" ^{[ 70 ] : 612}

A keystone species is a species that is connected to a disproportionately large number of other species in the food-web. Keystone species have lower levels of biomass in the trophic pyramid relative to the importance of their role. The many connections that a keystone species holds means that it maintains the organization and structure of entire communities. The loss of a keystone species results in a range of dramatic cascading effects (termed trophic cascades) that alters trophic dynamics, other food web connections, and can cause the extinction of other species.^[71][72] The term keystone species was coined by Robert Paine in 1969 and is a reference to the keystone architectural feature as the removal of a keystone species can result in a community collapse just as the removal of the keystone in an arch can result in the arch's loss of stability.^[73]Sea otters (Enhydra lutris) are commonly cited as an example because they limit the density of sea urchins that feed on kelp.^[74] If sea otters are removed from the system, the urchins graze until the kelp beds disappear, and this has a dramatic effect on community structure.^[75]

แนวคิดองค์รวมเป็นส่วนสำคัญของทฤษฎีนิเวศวิทยา แนวคิดองค์รวมกล่าวถึงการจัดระเบียบทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตที่จัดระเบียบตัวเองเป็นชั้นของระบบทั้งหมดที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งทำงานตามคุณสมบัติที่ไม่สามารถลดทอนได้ ซึ่งหมายความว่ารูปแบบลำดับที่สูงกว่าของระบบการทำงานทั้งหมด เช่นระบบนิเวศไม่สามารถคาดการณ์หรือเข้าใจได้โดยการบวกส่วนต่างๆ เข้าด้วยกันอย่างง่ายๆ^{[ 81 ]} "คุณสมบัติใหม่เกิดขึ้นเนื่องจากส่วนประกอบมีปฏิสัมพันธ์กัน ไม่ใช่เพราะธรรมชาติพื้นฐานของส่วนประกอบเปลี่ยนไป" ^{[ 39 ] : 8}

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีพฤติกรรม แม้แต่พืชก็แสดงพฤติกรรมที่ซับซ้อน รวมถึงความจำและการสื่อสาร^{[ 88 ]}นิเวศวิทยาเชิงพฤติกรรมคือการศึกษาพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมและความหมายเชิงนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการ พฤติกรรมศาสตร์คือการศึกษาการเคลื่อนไหวหรือพฤติกรรมที่สังเกตได้ในสัตว์ ซึ่งอาจรวมถึงการตรวจสอบอสุจิ ที่เคลื่อนที่ได้ ของพืช แพลงก์ตอน พืช ที่เคลื่อนที่ได้ แพลง ก์ตอนสัตว์ที่ว่ายน้ำเข้าหาไข่ตัวเมีย การเพาะเลี้ยงเชื้อราโดยด้วงงวงการเต้นรำผสมพันธุ์ของซาลาแมนเดอร์หรือการรวมกลุ่มทางสังคมของอะมีบา^{[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]}

การปรับตัวเป็นแนวคิดหลักที่รวมเป็นหนึ่งเดียวในนิเวศวิทยาเชิงพฤติกรรม^{[ 94 ]}พฤติกรรมสามารถบันทึกเป็นลักษณะเฉพาะและสืบทอดได้ในลักษณะเดียวกับสีตาและสีผม พฤติกรรมสามารถวิวัฒนาการได้โดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติในฐานะลักษณะเฉพาะที่ปรับตัวได้ซึ่งให้ประโยชน์เชิงฟังก์ชันที่เพิ่มความเหมาะสมในการสืบพันธุ์^{[ 95 ] [ 96 ]}

นิเวศวิทยาเชิงปัญญาบูรณาการทฤษฎีและการสังเกตจากนิเวศวิทยาเชิงวิวัฒนาการและวิทยาศาสตร์เชิงปัญญาเพื่อทำความเข้าใจผลกระทบของปฏิสัมพันธ์ระหว่างสัตว์กับถิ่นที่อยู่ที่มีต่อระบบปัญญาของพวกมัน^{[ 97 ]} "อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์เชิงปัญญาไม่ได้ให้ความสนใจเพียงพอต่อข้อเท็จจริงพื้นฐานที่ว่าลักษณะเชิงปัญญาได้วิวัฒนาการภายใต้สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่เฉพาะเจาะจง เมื่อพิจารณาถึงแรงกดดันในการคัดเลือกที่มีต่อการรับรู้ นิเวศวิทยาเชิงปัญญาสามารถนำมาซึ่งความสอดคล้องทางปัญญาในการศึกษาเชิงสหวิทยาการเกี่ยวกับการรับรู้" ^{[ 98 ] [ 99 ]}

พฤติกรรมทางสังคมและนิเวศวิทยาเป็นสิ่งที่น่าสังเกตในแมลงสังคมราเมือกแมงมุมสังคมสังคมมนุษย์และหนูตุ่นไร้ขนซึ่ง มีการวิวัฒนาการ ของสังคม แบบยูโซเชีย ล พฤติกรรมทางสังคมรวมถึงพฤติกรรมที่เป็นประโยชน์ซึ่งกันและกันระหว่างญาติและเพื่อนร่วมรัง^{[ 91 ] [ 96 ] [ 100 ]}และวิวัฒนาการมาจากการคัดเลือกญาติและกลุ่มการคัดเลือกญาติอธิบายการเสียสละผ่านความสัมพันธ์ทางพันธุกรรม โดยที่พฤติกรรมเสียสละที่นำไปสู่ความตายจะได้รับรางวัลจากการอยู่รอดของสำเนาทางพันธุกรรมที่กระจายอยู่ในหมู่ญาติที่รอดชีวิต แมลงสังคม ได้แก่มดผึ้งและตัวต่อเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดในการศึกษาความสัมพันธ์ประเภทนี้ เนื่องจากตัวผู้โดรนเป็นโคลนที่มีโครงสร้างทางพันธุกรรมเหมือนกับตัวผู้ตัวอื่นๆ ทุกตัวในอาณานิคม^{[ 96 ]}ในทางตรงกันข้ามนักคัดเลือกกลุ่มพบตัวอย่างของการเสียสละในหมู่ญาติที่ไม่ใช่ทางพันธุกรรมและอธิบายสิ่งนี้ผ่านการคัดเลือกที่กระทำต่อกลุ่ม ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างเลือกสรรสำหรับกลุ่มหากสมาชิกในกลุ่มแสดงพฤติกรรมเสียสละต่อกัน กลุ่มที่มีสมาชิกเสียสละเป็นส่วนใหญ่จะอยู่รอดได้ดีกว่ากลุ่มที่มีสมาชิกเห็นแก่ตัวเป็นส่วนใหญ่^{[ 96 ] [ 101 ]}

ปฏิสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยาสามารถจำแนกได้กว้างๆ เป็น ความสัมพันธ์แบบ เจ้าบ้านและแบบผู้ร่วมอาศัย เจ้าบ้านคือสิ่งมีชีวิตใดๆ ที่เป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตอื่นที่เรียกว่าผู้ร่วมอาศัย^{[ 102 ]}ความสัมพันธ์ระหว่างสายพันธุ์ที่ให้ประโยชน์ซึ่งกันและกันเรียกว่าภาวะพึ่งพาอาศัยกันตัวอย่างของภาวะพึ่งพาอาศัยกัน ได้แก่มดที่ปลูกเชื้อราโดยใช้ภาวะพึ่งพาอาศัยกันทางการเกษตร แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในลำไส้ของแมลงและสิ่งมีชีวิตอื่นๆกลุ่มการผสมเกสร ของ แตนมะเดื่อและผีเสื้อกลางคืนยัคคาไลเคนกับเชื้อราและสาหร่าย สังเคราะห์แสง และปะการังกับสาหร่ายสังเคราะห์แสง^{[ 103 ] [ 104 ]}หากมีการเชื่อมต่อทางกายภาพระหว่างเจ้าบ้านและผู้ร่วมอาศัย ความสัมพันธ์นั้นเรียกว่าภาวะพึ่งพาอาศัยกันตัวอย่างเช่น พืชประมาณ 60% มีความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันกับเชื้อราไมคอร์ไรซาแบบอาร์บัสคูลาร์ที่อาศัยอยู่ในรากของพวกมัน โดยสร้างเครือข่ายการแลกเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตกับแร่ธาตุ^{[ 105 ]}

ชีวภูมิศาสตร์คือการศึกษาเปรียบเทียบการกระจายทางภูมิศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตและวิวัฒนาการที่สอดคล้องกันของลักษณะเฉพาะของพวกมันในอวกาศและเวลา^{[ 106 ]}วารสารชีวภูมิศาสตร์ก่อตั้งขึ้นในปี 1974 ^{[ 107 ]}ชีวภูมิศาสตร์และนิเวศวิทยามีรากฐานทางวิชาการร่วมกันหลายประการชีวภูมิศาสตร์ของเกาะซึ่งตีพิมพ์โดย Robert MacArthur และEdward O. Wilsonในปี 1967 ^{[ 108 ]}เป็นหนึ่งในพื้นฐานของทฤษฎีนิเวศวิทยา^{[ 109 ]}ชีวภูมิศาสตร์มีประวัติศาสตร์อันยาวนานในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของพืชและสัตว์ นิเวศวิทยาและวิวัฒนาการเป็นบริบทในการอธิบายสำหรับการศึกษาทางชีวภูมิศาสตร์^{[ 106 ]}รูปแบบทางชีวภูมิศาสตร์เป็นผลมาจากกระบวนการทางนิเวศวิทยาที่มีอิทธิพลต่อการกระจายตัวของช่วง เช่นการอพยพและการแพร่กระจาย [ ^{109 ] และ}จากกระบวนการทางประวัติศาสตร์ที่แบ่งประชากรหรือสายพันธุ์ออกเป็นพื้นที่ต่างๆ กระบวนการทางชีวภูมิศาสตร์ที่ส่งผลให้เกิดการแยกสายพันธุ์ตามธรรมชาติอธิบายถึงการกระจายตัวของสิ่งมีชีวิตบนโลกในปัจจุบันได้มาก การแยกสายพันธุ์ในสปีชีส์เรียกว่าชีวภูมิศาสตร์แบบวิคาริแอนซ์และเป็นสาขาย่อยของชีวภูมิศาสตร์^{[ 110 ]}นอกจากนี้ยังมีการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติในสาขาชีวภูมิศาสตร์เกี่ยวกับระบบและกระบวนการทางนิเวศวิทยา ตัวอย่างเช่น ขอบเขตและการกระจายตัวของความหลากหลายทางชีวภาพและชนิดพันธุ์รุกรานที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นข้อกังวลที่สำคัญและเป็นพื้นที่วิจัยที่กำลังดำเนินการอยู่ในบริบทของภาวะโลกร้อน^{[ 111 ] [ 112 ]}

ความสัมพันธ์ระหว่างนิเวศวิทยาและการถ่ายทอดทางพันธุกรรมมีมาก่อนเทคนิคการวิเคราะห์โมเลกุลสมัยใหม่ การวิจัยนิเวศวิทยาโมเลกุลเป็นไปได้มากขึ้นด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีทางพันธุกรรมที่รวดเร็วและเข้าถึงได้ง่าย เช่นปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรส (PCR)การเกิดขึ้นของเทคโนโลยีโมเลกุลและการไหลเข้าของคำถามวิจัยในสาขาใหม่นี้ส่งผลให้มีการตีพิมพ์Molecular Ecologyในปี 1992 ^{[ 114 ]}นิเวศวิทยาโมเลกุลใช้เทคนิคการวิเคราะห์เพื่อศึกษาพันธุกรรมในบริบทวิวัฒนาการและนิเวศวิทยา ในปี 1994 จอห์น อาวิสมีบทบาทสำคัญในสาขาวิทยาศาสตร์นี้ด้วยการตีพิมพ์หนังสือของเขา Molecular Markers, Natural History and Evolution ^{[ 115 ]}

นิเวศวิทยาเป็นทั้งวิทยาศาสตร์ชีวภาพและวิทยาศาสตร์มนุษย์^{[ 39 ]}นิเวศวิทยาของมนุษย์เป็นการ ศึกษา แบบสหวิทยาการเกี่ยวกับนิเวศวิทยาของเผ่าพันธุ์มนุษย์ “นิเวศวิทยาของมนุษย์อาจนิยามได้ดังนี้: (1) จากมุมมองทางนิเวศวิทยาชีวภาพในฐานะการศึกษามนุษย์ในฐานะผู้มีอำนาจทางนิเวศวิทยาในชุมชนและระบบพืชและสัตว์ (2) จากมุมมองทางนิเวศวิทยาชีวภาพในฐานะสัตว์อีกชนิดหนึ่งที่ส่งผลกระทบและได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมทางกายภาพของตน และ (3) ในฐานะมนุษย์ ซึ่งแตกต่างจากชีวิตสัตว์โดยทั่วไป มีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมทางกายภาพและสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปในลักษณะที่โดดเด่นและสร้างสรรค์ นิเวศวิทยาของมนุษย์แบบสหวิทยาการอย่างแท้จริงน่าจะกล่าวถึงทั้งสามประการนี้” ^{[ 117 ] : 3}คำนี้ได้รับการนำเสนออย่างเป็นทางการในปี 1921 แต่นักสังคมวิทยา นักภูมิศาสตร์ นักจิตวิทยา และสาขาวิชาอื่นๆ จำนวนมากสนใจความสัมพันธ์ของมนุษย์กับระบบธรรมชาติมาหลายศตวรรษก่อนหน้านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ^{[ 117 ] [ 118 ]}

นิเวศวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ประยุกต์ด้านการฟื้นฟู การซ่อมแซมพื้นที่ที่ถูกรบกวนผ่านการแทรกแซงของมนุษย์ ในการจัดการทรัพยากรธรรมชาติ และในการประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อมเอ็ดเวิร์ด โอ. วิลสัน ทำนายไว้ในปี 1992 ว่าศตวรรษที่ 21 "จะเป็นยุคแห่งการฟื้นฟูในนิเวศวิทยา" ^{[ 120 ]}

การรบกวนคือกระบวนการใดๆ ที่เปลี่ยนแปลงหรือกำจัดชีวมวลออกจากชุมชน เช่น ไฟไหม้ น้ำท่วม ภัยแล้ง หรือการล่าเหยื่อ^{[ 124 ]}การรบกวนเป็นทั้งสาเหตุและผลผลิตของความผันผวนตามธรรมชาติภายในชุมชนนิเวศวิทยา^{[ 125 ] [ 124 ] [ 126 ] [ 127 ]}ความหลากหลายทางชีวภาพสามารถปกป้องระบบนิเวศจากการรบกวนได้^{[ 127 ]}

โลกก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.5  พันล้านปีก่อน^{[ 129 ]}เมื่อโลกเย็นลงและเกิดเปลือกโลกและมหาสมุทร บรรยากาศของโลกก็เปลี่ยนจากที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน เป็นหลักไปเป็นบรรยากาศที่ประกอบด้วย มีเทนและแอมโมเนียเป็นส่วนใหญ่ในช่วงพันล้านปีต่อมา กิจกรรมทางเมตาบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตได้เปลี่ยนบรรยากาศให้กลายเป็นส่วนผสมของคาร์บอนไดออกไซด์ไนโตรเจน และ ไอน้ำ ก๊าซเหล่านี้เปลี่ยนวิธีที่แสงจากดวงอาทิตย์ตกกระทบพื้นผิวโลก และปรากฏการณ์เรือนกระจกได้กักเก็บความร้อนไว้ มีแหล่งพลังงานอิสระที่ยังไม่ได้ใช้ประโยชน์อยู่ภายในส่วนผสมของก๊าซรีดิวซ์และออกซิไดซ์ ซึ่งเป็นพื้นฐานให้ระบบนิเวศดั้งเดิมวิวัฒนาการ และในทางกลับกัน บรรยากาศก็วิวัฒนาการไปด้วย^{[ 130 ]}

ตลอดประวัติศาสตร์ บรรยากาศของโลกและวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีอยู่ในสมดุลแบบไดนามิกกับระบบนิเวศของดาวเคราะห์ ประวัติศาสตร์นี้มีลักษณะเป็นช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญตามมาด้วยความเสถียรเป็นเวลาหลายล้านปี^{[ 131 ]}วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตยุคแรก ซึ่งน่าจะเป็น จุลินทรีย์ เมทาโนเจน แบบไม่ใช้ออกซิเจน ได้ เริ่มต้นกระบวนการโดยการเปลี่ยนไฮโดรเจนในบรรยากาศให้เป็นมีเทน (4H + CO → CH + 2H O) การสังเคราะห์แสงแบบไม่ใช้ ออกซิเจน ช่วยลดความเข้มข้นของไฮโดรเจนและเพิ่มมีเทนในบรรยากาศโดยการเปลี่ยนไฮโดรเจนซัลไฟด์ให้เป็นน้ำหรือสารประกอบกำมะถันอื่นๆ (ตัวอย่างเช่น 2H S + CO + h v → CH O + H การหมักในยุคแรกๆยังเพิ่มระดับของมีเทนในบรรยากาศอีกด้วย การเปลี่ยนผ่านไปสู่บรรยากาศที่มีออกซิเจนเป็นหลัก ( การออกซิเดชันครั้งใหญ่ ) ไม่ได้เริ่มต้นจนกระทั่งเมื่อประมาณ 2.4–2.3  พันล้านปีก่อน แต่กระบวนการสังเคราะห์แสงเริ่มต้นขึ้นเมื่อ 0.3–1  พันล้านปีก่อน^{[ 131 ] [ 132 ]}

ชีววิทยาของสิ่งมีชีวิตทำงานภายในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด ความร้อนเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานที่ควบคุมอุณหภูมิ ความร้อนส่งผลต่ออัตราการเจริญเติบโต กิจกรรม พฤติกรรม และการผลิตขั้นต้นอุณหภูมิส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการตกกระทบของรังสีจาก ดวงอาทิตย์ ความแปรผันเชิงพื้นที่ของ อุณหภูมิในแนวละติจูดและลองจิจูดส่งผลกระทบอย่างมากต่อสภาพภูมิอากาศ และส่งผลต่อการกระจายตัวของความหลากหลายทางชีวภาพและระดับการผลิตขั้นต้นในระบบนิเวศหรือชีวนิเวศต่างๆ ทั่วโลก ความร้อนและอุณหภูมิมีความสัมพันธ์ที่สำคัญกับกิจกรรมการเผาผลาญสัตว์เลือดเย็นมีอุณหภูมิร่างกายที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมภายนอกเป็นส่วนใหญ่ ในทางตรงกันข้ามสัตว์เลือดอุ่นควบคุมอุณหภูมิร่างกายภายในโดยการใช้พลังงานจากการเผาผลาญ^{[ 84 ] [ 85 ] [ 133 ]}มีความสัมพันธ์ระหว่างแสง การผลิตขั้นต้น และงบประมาณพลังงานทางนิเวศวิทยา แสงแดดเป็นแหล่งพลังงานหลักที่เข้าสู่ระบบนิเวศของโลก แสงประกอบด้วยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น ต่างกัน พลังงานรังสีจากดวงอาทิตย์ก่อให้เกิดความร้อน ให้โฟตอนของแสงซึ่งวัดได้เป็นพลังงานที่ใช้งานได้ในการปฏิกิริยาทางเคมีของสิ่งมีชีวิต และยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม^{[ 84 ] [ 85 ] [ 133 ]}พืช สาหร่าย และแบคทีเรียบางชนิดดูดซับแสงและนำพลังงานไปใช้ผ่านการสังเคราะห์แสง สิ่งมีชีวิตที่สามารถดูดซับพลังงานโดยการสังเคราะห์แสงหรือผ่านการตรึง H2S แบบอนินทรีย์เรียกว่าออโต โทรฟ ออโตโทรฟ—ซึ่งรับผิดชอบการผลิตขั้นต้น—ดูดซับพลังงานแสงซึ่ง ถูกเก็บไว้ในกระบวนการเผาผลาญเป็นพลังงานศักยภาพในรูปของพันธะเอนทัลปี ทางชีวเคมี ^{[ 84 ] [ 85 ] [ 133 ]}

นิเวศวิทยามีที่มาที่ซับซ้อน^{[ 162 ]}นักปรัชญากรีกโบราณ เช่นฮิปโปเครติสและอริสโตเติลได้บันทึกการสังเกตเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม พวกเขามองว่าสปีชีส์ไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่ความหลากหลายถูกมองว่าเป็นความผิดปกติ นิเวศวิทยาสมัยใหม่มองว่าความหลากหลายเป็นปรากฏการณ์ที่แท้จริง ซึ่งนำไปสู่การปรับตัวโดย การคัดเลือก โดยธรรมชาติ^{[ 39 ] [ 163 ] [ 164 ]}แนวคิดทางนิเวศวิทยา เช่น ความสมดุลและการควบคุมในธรรมชาติ สามารถสืบย้อนไปถึงเฮโรโดตัส (เสียชีวิตประมาณ 425 ปีก่อนคริสตกาล) ผู้ซึ่งอธิบายถึงภาวะพึ่งพาอาศัยกันในการสังเกต "ทันตกรรมธรรมชาติ" จระเข้ไนล์ ที่อาบแดด เขาตั้งข้อสังเกตว่า จะอ้าปากเพื่อให้คนหากินชายหาดเข้าถึงได้อย่างปลอดภัยเพื่อดึงปลิงออก ซึ่งให้สารอาหารแก่คนหากินชายหาดและสุขอนามัยในช่องปากแก่จระเข้^{[ 162 ]} อริสโตเติลและ ธีโอฟราสตัสนักเรียนของเขาสังเกตการอพยพของพืชและสัตว์ ภูมิศาสตร์ชีวภาพ สรีรวิทยา และพฤติกรรมของพวกมัน ซึ่งเป็นแบบอย่างเบื้องต้นของแนวคิดเรื่องนิเวศวิทยาเฉพาะถิ่น^{[ 165 ] [ 166 ]}

แนวคิดทางนิเวศวิทยา เช่น ห่วงโซ่อาหาร การควบคุมประชากร และผลผลิต ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ 1700 ผ่านผลงานของนักจุลชีววิทยาAntonie van Leeuwenhoek (1632–1723) และนักพฤกษศาสตร์Richard Bradley (1688?–1732) ^{[ 39 ]}นักภูมิศาสตร์ชีวภาพAlexander von Humboldt (1769–1859) ตระหนักถึงความลาดชันทางนิเวศวิทยา ซึ่งชนิดพันธุ์ต่างๆ จะถูกแทนที่หรือเปลี่ยนแปลงรูปร่างไปตามความลาดชัน ของสิ่งแวดล้อม Humboldt ได้รับแรงบันดาลใจจากIsaac Newtonเนื่องจากเขาได้พัฒนารูปแบบของ "ฟิสิกส์ภาคพื้นดิน" ^{[ 168 ] [ 169 ] [ 170 ]}นักประวัติศาสตร์ธรรมชาติ เช่น Humboldt, James HuttonและJean-Baptiste Lamarckได้วางรากฐานของนิเวศวิทยา^{[ 171 ]}คำว่า "นิเวศวิทยา" ( ภาษาเยอรมัน: Oekologie, Ökologie ) ถูกบัญญัติโดยErnst HaeckelในหนังสือGenerelle Morphologie der Organismen (1866) ของเขา ^{[ 172 ]} Haeckel เป็นนักสัตววิทยา ศิลปิน นักเขียน และต่อมาในชีวิตเป็นศาสตราจารย์ด้านกายวิภาคเปรียบเทียบ^{[ 161 ] [ 173 ]}

ลินเนียสได้ก่อตั้งสาขาหนึ่งของนิเวศวิทยาในยุคแรก ซึ่งเขาเรียกว่า เศรษฐกิจของธรรมชาติ^{[ 174 ]}เขามีอิทธิพลต่อชาร์ลส์ ดาร์วิน ซึ่งนำวลีของลินเนียสไปใช้ในหนังสือ^The Origin of Species [ ^{161 ]}ลินเนียสเป็นคนแรกที่วางกรอบความสมดุลของธรรมชาติให้เป็นสมมติฐานที่สามารถทดสอบได้^{[ 175 ]}

นิเวศวิทยาสมัยใหม่เริ่มได้รับความสนใจทางวิทยาศาสตร์อย่างมากในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เอลเลน สวอลโลว์ ริชาร์ดส์ได้นำคำว่า " นิเวศวิทยา " มาใช้ในสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ปี 1892 ^{[ 178 ]}ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นิเวศวิทยาได้เปลี่ยนจากการบรรยายไปสู่รูปแบบการวิเคราะห์เชิงวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับประวัติศาสตร์ธรรมชาติ มากขึ้น ^{[ 168 ] [ 171 ] [ 179 ]}เฟรเดอริก เคลเมนต์ได้ตีพิมพ์หนังสือเกี่ยวกับนิเวศวิทยาเล่มแรกของอเมริกาชื่อResearch Methods in Ecologyในปี 1905 ^{[ 180 ]}โดยนำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับชุมชนพืชในฐานะสิ่งมีชีวิตรวม (superorganism ) ซึ่งก่อให้เกิดการถกเถียงระหว่างแนวคิดแบบองค์รวมและแบบปัจเจกนิยมในนิเวศวิทยาที่ดำเนินมาจนถึงทศวรรษ 1970 ^{[ 181 ]}

ในปี พ.ศ. 2485 เรย์มอนด์ ลินเดแมนได้เขียนบทความสำคัญเกี่ยวกับพลวัตทางโภชนาการของนิเวศวิทยา พลวัตทางโภชนาการกลายเป็นรากฐานของงานวิจัยมากมายเกี่ยวกับการไหลของพลังงานและสารผ่านระบบนิเวศโรเบิร์ต แมคอาร์เธอร์ได้พัฒนาทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ การคาดการณ์ และการทดสอบในนิเวศวิทยาในช่วงทศวรรษ พ.ศ. 2493 ^{[ 171 ] [ 182 ] [ 183 ]}

นิเวศวิทยาได้รับความสนใจอย่างมากทั้งในแวดวงวิชาการและในแวดวงวิทยาศาสตร์ในช่วงการเคลื่อนไหวเพื่อสิ่งแวดล้อม ระหว่างปี 1960-1970 ^{[ 171 ]} ในปี 1962 หนังสือ Silent Springของนักชีววิทยาทางทะเลและนักนิเวศวิทยาเรเชล คาร์สันได้ช่วยกระตุ้นการเคลื่อนไหวเพื่อสิ่งแวดล้อมโดยการแจ้งเตือนสาธารณชนเกี่ยวกับสารกำจัดศัตรูพืช ที่เป็นพิษ เช่นDDT (C H Cl ) ที่สะสมอยู่ในสิ่งแวดล้อม นับตั้งแต่นั้นมา นักนิเวศวิทยาได้พยายามเชื่อมโยงความเข้าใจเกี่ยวกับการเสื่อมโทรมของระบบนิเวศของโลกเข้ากับการเมืองสิ่งแวดล้อม กฎหมาย การฟื้นฟู และการจัดการทรัพยากรธรรมชาติ^{[ 21 ] [ 171 ] [ 185 ] [ 186 ]}