生態學主要以中國生態系統研究網路所屬的29個野外定位實驗站為依託開展學科研究工作，與地理科學、資源科學與環境科學密切相關，主要特色是以巨集觀和微觀相互結合，在全球、全國、區域和試驗站四個層次上進行基礎和應用研究。研究方向包括：
陸地生態系統綜合研究：重點進行大、中尺度上的主要型別生態系統動態分析方法與技術研究，建立區域尺度上資源、環境和生態系統動態監測體系，探索重點區域生態系統服務功能與評價的理論與方法，進而從系統生態學角度深入開展生態系統結構、功能和動態及人類活動下的物質迴圈、演變規律和反饋機制以及不同時空尺度生態系統特徵及過程的尺度轉換方法的研究。
農田生態系統與農業環境保護：以農田生態系統為研究物件，研究農田生態系統中土壤-植物-大氣連續體物質、能量及作物生長綜合模型，精準農業和農業生產管理決策系統，主要農業生態系統優化配置模式；研究農業環境中土壤-植物物質遷移過程和轉化機理，區域土壤汙染的地理分異，區域環境質量綜合評價理論和方法、土壤汙染的治理與對策；
高原生態系統研究：主要研究青藏高原農田、森林與草地生態系統結構功能，植被及分佈格局對全球變化的.響應和反饋，青藏高原農田生態系統優化模式與示範。
全球變化與主要陸地生態系統相互作用關係綜合研究：主要從人口增長與土地利用變化關係研究入手，探討社會經濟發展對生態系統的影響；從全球變化與區域生態系統相互關係（即影響與響應）研究區域可持續發展。
全國或區域水平可持續發展的資源生態戰略對策研究：主要研究定向調空生態系統的理論及生態環境恢復與重建的對策與途徑；提供主要型別生態系統管理示範模式。
生態系統管理的新技術開發：包括遙感技術，資訊科技，動態模擬技術等。
