Η μοριακή οικολογία είναι ένας κλάδος της βιολογίας που χρησιμοποιεί τεχνικές και γνώσεις από διάφορα εξειδικευμένα πεδία, όλα που σχετίζονται με τη γενετική, για να μελετήσει την οικολογία και πώς η γενετική και η ανάπτυξη των ειδών επηρεάζονται από οικολογικούς παράγοντες. Η εστίαση για αυτές τις μελέτες θεωρείται γενικά ότι είναι επιτόπιες μελέτες και όχι καθαρά εργαστηριακή έρευνα. Οι μοριακοί οικολόγοι μελετούν την ανάπτυξη και τις γενετικές σχέσεις μεταξύ των ειδών και πώς οι περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να τα επηρεάσουν. Χρησιμοποιούν επίσης τα δεδομένα που αποκτούν μέσω της μελέτης της γενετικής για να ποσοτικοποιήσουν την εξελικτική ιστορία των ειδών και της διαφοροποίησης των ειδών.
Η επιτόπια έρευνα δίνεται έμφαση στη μοριακή οικολογία για διάφορους λόγους. Το πρωταρχικό μεταξύ αυτών είναι ότι η ίδια η μοριακή οικολογία περιστρέφεται γύρω από τον τρόπο με τον οποίο η γενετική και η ανάπτυξη των ειδών επηρεάζονται από οικολογικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες. Ένα άλλο σημαντικό ζήτημα είναι ότι πολλά υποκείμενα, ιδιαίτερα μικροοργανισμοί, δεν είναι άμεσα διαθέσιμα για εργαστηριακή καλλιέργεια και μελέτη. Φυσικά, η μοριακή οικολογία δεν είναι καθαρά επιτόπιος κλάδος, και πολλή δουλειά γίνεται και στο εργαστήριο, αλλά όπως και η επιστήμη της αρχαιολογίας, πολύ σημαντική δουλειά γίνεται και θα συνεχίσει να γίνεται στο πεδίο.
Ένα από τα κύρια συστατικά της μοριακής οικολογίας είναι η πληθυσμιακή γενετική. Αυτός ο κλάδος της βιολογίας μελετά πώς μοιράζεται ο γενετικός κώδικας μεταξύ των οργανισμών, πώς σχετίζονται τα είδη μεταξύ τους και πώς περιβαλλοντικοί και οικολογικοί παράγοντες επηρεάζουν την κατανομή και τη συχνότητα των κομματιών του κοινού γενετικού κώδικα, που ονομάζονται αλληλόμορφα, μεταξύ ατόμων. Μελετώντας τη γενετική ενός πληθυσμού οργανισμών, μπορούμε να μάθουμε πολλά για την ανάπτυξη ενός συγκεκριμένου είδους, τον τρόπο με τον οποίο τα χαρακτηριστικά και τα γνωρίσματα κατανέμονται μέσω ενός πληθυσμού και πώς το περιβάλλον μπορεί να επηρεάσει τη μετάλλαξη και την προσαρμογή.
Το άλλο βασικό συστατικό του πεδίου της μοριακής οικολογίας είναι η μοριακή φυλογενετική, η οποία σχετίζεται στενά με τη γενετική του πληθυσμού. Η μοριακή φυλογενετική μελετά τον γενετικό κώδικα των οργανισμών για να προσδιορίσει πώς σχετίζονται τα είδη, την εξελικτική τους ιστορία και πώς έχει εξελιχθεί η ζωή. Οι αρχές της γενετικής επιτρέπουν στους επιστήμονες να μάθουν πολλά για το από πού προέρχονται τα είδη, τους κοινούς προγόνους και τα εξελικτικά δέντρα. Η μελέτη των αλληλουχιών DNA δίνει στους ερευνητές ένα παράθυρο στο εξελικτικό παρελθόν των οργανισμών με τον ίδιο σχεδόν τρόπο που ένα ισχυρό τηλεσκόπιο μπορεί να δώσει εικόνα για την ιστορία του σύμπαντος.
Οι ειδικοί στη μοριακή οικολογία προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν τις πληροφορίες από την έρευνά τους για να μελετήσουν και να απαντήσουν σε παραδοσιακά οικολογικά προβλήματα και να βρουν τρόπους βελτίωσης των τεχνικών διατήρησης και της διατήρησης των οικοτόπων. Η ταυτοποίηση και η ταξινόμηση των ειδών γίνεται συχνά με βάση γενετικές μελέτες από μοριακούς οικολόγους, καθώς διαφορετικά είδη μπορεί να είναι τόσο παρόμοια ώστε να αποτρέπεται η θετική ταυτοποίηση με άλλα μέσα. Οι μοριακοί οικολόγοι μπορούν επίσης να συνεισφέρουν σε έρευνες βιοποικιλότητας παρέχοντας δεδομένα για γονιδιακές δεξαμενές εντός πληθυσμών και πόσο στενά ή ευρέως κατανεμημένα μπορεί να είναι τα γονίδια μεταξύ συγγενών ειδών.