Ekologi molekuler adalah cabang biologi yang menggunakan teknik dan pengetahuan dari beberapa bidang khusus, semua yang berkaitan dengan genetika, untuk mempelajari ekologi dan bagaimana genetika dan perkembangan spesies dipengaruhi oleh faktor ekologi. Fokus untuk studi ini umumnya dianggap sebagai studi lapangan daripada penelitian laboratorium murni. Ahli ekologi molekuler mempelajari perkembangan dan hubungan genetik antara spesies dan bagaimana faktor lingkungan dapat mempengaruhi mereka. Mereka juga menggunakan data yang mereka peroleh melalui studi genetika untuk mengukur sejarah evolusi spesies dan diferensiasi spesies.
Penelitian lapangan ditekankan dalam ekologi molekuler karena sejumlah alasan. Yang utama di antaranya adalah bahwa ekologi molekuler itu sendiri berkisar pada cara genetika dan perkembangan spesies dipengaruhi oleh faktor-faktor ekologi dan lingkungan. Pertimbangan utama lainnya adalah bahwa banyak subjek, terutama mikroorganisme, tidak tersedia untuk kultur dan studi laboratorium. Tentu saja, ekologi molekuler bukan murni disiplin ilmu lapangan, dan banyak pekerjaan yang dilakukan di laboratorium juga, tetapi seperti ilmu arkeologi, banyak pekerjaan penting yang sedang, dan akan terus dilakukan di lapangan.
Salah satu komponen utama ekologi molekuler adalah genetika populasi. Cabang biologi mempelajari bagaimana kode genetik dibagi antara organisme, bagaimana spesies terkait satu sama lain, dan bagaimana faktor lingkungan dan ekologi mempengaruhi distribusi dan frekuensi bit kode genetik bersama, yang disebut alel, antara individu. Dengan mempelajari genetika suatu populasi organisme, banyak yang dapat dipelajari tentang perkembangan spesies tertentu, cara karakteristik dan sifat didistribusikan melalui suatu populasi, dan bagaimana lingkungan dapat mempengaruhi mutasi dan adaptasi.
Komponen utama lain dari bidang ekologi molekuler adalah filogenetik molekuler, yang berkaitan erat dengan genetika populasi. Filogenetik molekuler mempelajari kode genetik organisme untuk menentukan bagaimana spesies terkait, sejarah evolusi mereka, dan bagaimana kehidupan telah berevolusi. Prinsip-prinsip genetika memungkinkan para ilmuwan untuk belajar banyak tentang dari mana spesies berasal, nenek moyang yang sama, dan pohon evolusi. Mempelajari urutan DNA memberi peneliti jendela ke masa lalu evolusi organisme dengan cara yang sama seperti teleskop yang kuat dapat memberikan wawasan tentang sejarah alam semesta.
Spesialis dalam ekologi molekuler mencoba menggunakan informasi dari penelitian mereka untuk mempelajari dan menjawab masalah ekologi tradisional dan untuk menemukan cara meningkatkan teknik konservasi dan pelestarian habitat. Identifikasi dan klasifikasi spesies sering dilakukan berdasarkan studi genetik oleh ahli ekologi molekuler, karena spesies yang berbeda mungkin sangat mirip sehingga mencegah identifikasi positif dengan cara lain. Ahli ekologi molekuler juga dapat berkontribusi pada survei keanekaragaman hayati dengan menyediakan data tentang kumpulan gen dalam populasi dan seberapa dekat atau luasnya distribusi gen di antara spesies terkait.