Общность объектов исследований экологии и других наук предполагает использование в экологических исследованиях методов и понятий, применяемых в физиологии, морфологии, химии, географии, геологии, что особенно четко проявляется при аутэкологических исследованиях. С другой стороны при популяционных и биоценотических исследованиях используются и чисто экологические методы: полевые и лабораторные наблюдения и эксперименты.
При популяционных исследованиях широко применяются математические методы, которые позволяют разрабатывать модели динамики численности популяций и видов, особенно важных в хозяйственном или медицинском отношении. При экосистемном подходе исследуются главным образом потоки энергии и круговорот веществ между биотическими и абиотическими компонентами биосферы.
При изучении динамики популяции и экосистем во времени широко используются эволюционные и исторические подходы, которые позволяют реконструировать экосистемы прошлого и выявлять экологические тенденции.
В последние десятилетия успехи науки и техники предоставляют возможность изучать экосистемы с применением методов меченых атомов, спектрометрии, хроматографии, а также дистанционного зондирования, математического моделирования, внедрять автоматический мониторинг и ряд других новейших методов.