Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, сообщества и биоценозы) и их динамика во времени и в пространстве. Работы Барри Анри Тенсли (1935 г.), Г.Г.Винберга (1936 г.),
В.Н. Сукачева (1942 г.), Р. Линдемана (1942 г.) доказывают, что экосистема является предметом экологии, а методом её исследований явился системный подход, нашедший отражение во многих работах отечественных и зарубежных учёных.
В экологии используются методы исследований и понятия, применяемые и в других науках – биологии, математике, физике, химии и т.д. Многие же методы исследований свойственны исключительно только экологии как науке. Например, если исследования экологии особей (аутэкология) иногда близки к исследованиям в области физиологии или биогеографии, то изучение популяций и биоценозов относится всецело только к экологии. Известно, что при переходе вещества от одного уровня к другому, более высокому, у вещества проявляется новое качество, не свойственное первоначальному состоянию.
В связи с этим можно привести два простых примера: один из курса химии, другой – из экологии.
1. Водород и кислород, соединяясь в определённом соотношении, образуют воду (2Н + О = Н2О) – жидкость, совершенно не похожую по своим свойствам на исходные газы – водород и кислород. Вода является важным экологическим фактором для жизни живых организмов.
2. Водоросли и кишечно-полостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему кораллового рифа, при этом возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким их содержанием. Фактическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов – это качественно новые свойства, характерные только для данного рифового сообщества. Г. Фейблман
(1945 г.) считал, что при каждом объединении подмножеств возникает, по меньшей мере, одно новое множество с другими свойствами.
Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Экология уже давно перестала быть чисто описательной дисциплиной, сейчас в ней преобладают количественные методы – измерения, расчёты, математический анализ. Системный анализ пронизывает большинство экологических исследований, так как любой объект экологии имеет системную природу. В системном подходе объединяются аналитические и синтетические приёмы исследования. Разнообразие исследовательских и прикладных задач влечёт за собой и разнообразие применяемых в экологии методов. Их можно объединить в несколько групп.
Основными методами экологических исследований считаются: полевые; экспериментальные с использованием экосистемного подхода; изучение сообществ (синэкология); популяций (аутэкология); анализ местообитаний; эволюционный и исторический подходы, методы регистрации и оценки состояния среды; методы количественного учёта; методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах; методы прикладной экологии.
Экосистемный подход. При экосистемном подходе экологических исследований в центре внимания исследователя-эколога оказывается поток энергии и круговорот веществ между биотическими и абиотическими компонентами экосферы. Этот подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов.
В экосистемном подходе находит свое понимание концепция саморегуляции, благодаря которой становится ясно, что нарушение регуляторных механизмов, например, в результате загрязнения окружающей среды может привести экосистему к биологическому дисбалансу.
Изучение сообществ.При этом подходе исследуют сообщества растений, животных и микроорганизмов, которые обитают в различных биотических единицах: лес, степь и луг. Основное внимание при этом уделяется определению и описанию видов, изучению факторов, ограничивающих их распространение. Одним из аспектов подобных исследований считается получение научных данных осукцессиях и климаксовых сообществах, что важно для решения вопросов рационального использования природных ресурсов.