生态学主要以中国生态系统研究网络所属的29个野外定位实验站为依托开展学科研究工作，与地理科学、资源科学与环境科学密切相关，主要特色是以宏观和微观相互结合，在全球、全国、区域和试验站四个层次上进行基础和应用研究。研究方向包括：
　　陆地生态系统综合研究：重点进行大、中尺度上的主要类型生态系统动态分析方法与技术研究，建立区域尺度上资源、环境和生态系统动态监测体系，探索重点区域生态系统服务功能与评价的理论与方法，进而从系统生态学角度深入开展生态系统结构、功能和动态及人类活动下的物质循环、演变规律和反馈机制以及不同时空尺度生态系统特征及过程的尺度转换方法的研究。
　　农田生态系统与农业环境保护：以农田生态系统为研究对象，研究农田生态系统中土壤-植物-大气连续体物质、能量及作物生长综合模型，精准农业和农业生产管理决策系统，主要农业生态系统优化配置模式；研究农业环境中土壤-植物物质迁移过程和转化机理，区域土壤污染的地理分异，区域环境质量综合评价理论和方法、土壤污染的治理与对策；
　　高原生态系统研究：主要研究青藏高原农田、森林与草地生态系统结构功能，植被及分布格局对全球变化的响应和反馈，青藏高原农田生态系统优化模式与示范。
　　全球变化与主要陆地生态系统相互作用关系综合研究：主要从人口增长与土地利用变化关系研究入手，探讨社会经济发展对生态系统的影响；从全球变化与区域生态系统相互关系（即影响与响应）研究区域可持续发展。
　　全国或区域水平可持续发展的资源生态战略对策研究：主要研究定向调空生态系统的理论及生态环境恢复与重建的对策与途径；提供主要类型生态系统管理示范模式。
　　生态系统管理的新技术开发：包括遥感技术，信息技术，动态模拟技术等。