Speleologija je grana znanosti koja se fokusira na proučavanje špilja. Brojne znanstvene discipline su uključene u speleologiju, uključujući biologiju, hidrologiju i geologiju, između ostalih. Proučavanje špilja ima niz praktičnih i teoretskih implikacija, a stručnjaci u ovom području poznati su kao speleolozi. Ljudi koji žele nastaviti karijeru u ovoj disciplini mogu odabrati studiranje na sveučilištima sa speleološkim odjelom ili tražiti fakultete s granama znanosti koje bi bile relevantne za speleologe.
Špilje su stoljećima držale veliku fascinaciju za ljude. Služile su kao mjesta za sklonište, vjerske rituale i kazne, a mnoga društva imaju praznovjerja ili vjerovanja o špiljama. Međutim, tek u 19. stoljeću ljudi su ozbiljno počeli shvaćati proučavanje špilja, gledajući na to kao znanost, a ne kao hobi. Mnogi su istraživači shvatili da proučavanje špilja ima vrlo stvarne znanstvene, ekonomske i kulturne implikacije koje bi mogle imati koristi od ozbiljnog razmatranja i istraživanja.
Očito je da speleologija zahtijeva neki terenski rad. Mnogi speleolozi aktivno posjećuju špilje kako bi mogli proučavati prirodni špiljski okoliš dok mapiraju špilje i uzimaju podatke, a neki istraživači zapravo počinju kao spelukeri amateri prije nego što se više zainteresiraju za znanstveni aspekt speleologije. Kao i kod drugih znanosti koje imaju terensku komponentu, speleologija zahtijeva fizičku spremnost i određeni interes za aktivnosti na otvorenom, kao i sposobnost korištenja terenske opreme u rasponu od opreme za penjanje do radara koji prodire u tlo.
Jednom u špilji, istraživači mogu pogledati geologiju, proučavati prisutne stijene i minerale te prikupljati tragove o tome kako je špilja nastala i kako će napredovati. Mnogi speleolozi su vrlo zainteresirani za prirodne formacije koje se pojavljuju u špiljama i kako se te formacije razvijaju. Oni također promatraju organizme koji nastanjuju špilje, u rasponu od biljaka i životinja posebno prilagođenih podzemnom okolišu do stvorenja koja koriste špilje kao privremene strukture.
Speleologija također može uključivati proučavanje podzemnih vodnih tijela, što može biti izuzetno korisno kada ljudi žele saznati više o vodoopskrbi. Proučavanje špilja također je kritično u industrijama poput rudarstva, gdje ljudi rutinski ulaze u špilje, prirodne i proizvedene, te je važno znati o geologiji i morfologiji špiljskog okoliša. Neki arheolozi također proučavaju speleologiju, budući da su špilje ponekad bogate arheološkim materijalom, kao i biolozi zainteresirani za interakcije između špiljskog okoliša i površinskog svijeta.