Molekularna ekologija je grana biologije koja koristi tehnike i znanja iz nekoliko specijaliziranih područja, koja se sva odnose na genetiku, za proučavanje ekologije i načina na koji ekološki čimbenici utječu na genetiku i razvoj vrsta. Općenito se smatra da je fokus ovih studija na terenskim studijama, a ne na čistom laboratorijskom istraživanju. Molekularni ekolozi proučavaju razvoj i genetske odnose između vrsta i kako čimbenici okoliša mogu utjecati na njih. Oni također koriste podatke koje steknu proučavanjem genetike za kvantificiranje evolucijske povijesti vrsta i diferencijacije vrsta.
Terenska istraživanja su u molekularnoj ekologiji naglašena iz više razloga. Primarni među njima je da se sama molekularna ekologija vrti oko načina na koji na genetiku i razvoj vrsta utječu ekološki i okolišni čimbenici. Još jedno važno razmatranje je da mnogi subjekti, posebno mikroorganizmi, nisu lako dostupni za laboratorijsku kulturu i proučavanje. Naravno, molekularna ekologija nije isključivo terenska disciplina, a puno se radi i u laboratoriju, ali kao i arheološka znanost, mnogo se važnog posla obavlja i nastavit će se obavljati na terenu.
Jedna od glavnih komponenti molekularne ekologije je populacijska genetika. Ova grana biologije proučava kako se genetski kod dijeli između organizama, kako su vrste međusobno povezane i kako okolišni i ekološki čimbenici utječu na distribuciju i učestalost bitova zajedničkog genetskog koda, zvanih aleli, između pojedinaca. Proučavajući genetiku populacije organizama može se mnogo naučiti o razvoju određene vrste, načinu na koji se karakteristike i osobine distribuiraju kroz populaciju te kako okoliš može utjecati na mutaciju i prilagodbu.
Druga glavna komponenta područja molekularne ekologije je molekularna filogenetika, koja je usko povezana s populacijskom genetikom. Molekularna filogenetika proučava genetski kod organizama kako bi utvrdila kako su vrste povezane, njihovu evolucijsku povijest i kako se život razvijao. Načela genetike omogućuju znanstvenicima da nauče mnogo o tome odakle vrste dolaze, zajedničkim precima i evolucijskim stablima. Proučavanje DNK sekvenci daje istraživačima prozor u evolucijsku prošlost organizama na isti način na koji moćni teleskop može dati uvid u povijest svemira.
Stručnjaci za molekularnu ekologiju pokušavaju upotrijebiti informacije iz svojih istraživanja kako bi proučavali i odgovorili na tradicionalne ekološke probleme i pronašli načine za poboljšanje tehnika očuvanja i očuvanja staništa. Identifikacija i klasifikacija vrsta često se vrši na temelju genetskih studija molekularnih ekologa, budući da različite vrste mogu biti toliko slične da spriječe pozitivnu identifikaciju na druge načine. Molekularni ekolozi također mogu pridonijeti istraživanjima biološke raznolikosti pružanjem podataka o genskim fondovima unutar populacija i o tome koliko blisko ili široko mogu biti rasprostranjeni geni među srodnim vrstama.