Molekularna ekologija je veja biologije, ki uporablja tehnike in znanje z več specializiranih področij, ki se nanašajo na genetiko, za preučevanje ekologije in vpliva ekoloških dejavnikov na genetiko in razvoj vrst. Te študije se na splošno osredotočajo na terenske študije in ne na čiste laboratorijske raziskave. Molekularni ekologi preučujejo razvoj in genetske odnose med vrstami ter kako lahko okoljski dejavniki vplivajo nanje. Podatke, ki jih pridobijo s študijem genetike, uporabljajo tudi za količinsko opredelitev evolucijske zgodovine vrst in diferenciacije vrst.
Terenske raziskave so v molekularni ekologiji poudarjene iz več razlogov. Glavna med njimi je, da se sama molekularna ekologija vrti okoli načina, kako na genetiko in razvoj vrst vplivajo ekološki in okoljski dejavniki. Druga pomembna ugotovitev je, da mnogi subjekti, zlasti mikroorganizmi, niso na voljo za laboratorijsko kulturo in študij. Seveda molekularna ekologija ni zgolj terenska disciplina in veliko dela se opravi tudi v laboratoriju, a tako kot arheološka znanost se veliko pomembnega dela opravlja in se bo še naprej opravljalo na terenu.
Ena glavnih sestavin molekularne ekologije je populacijska genetika. Ta veja biologije proučuje, kako se genetska koda deli med organizmi, kako so vrste med seboj povezane in kako okoljski in ekološki dejavniki vplivajo na porazdelitev in pogostost bitov skupne genetske kode, imenovane aleli, med posamezniki. S preučevanjem genetike populacije organizmov se lahko veliko naučimo o razvoju določene vrste, o tem, kako se značilnosti in lastnosti porazdelijo po populaciji ter kako lahko okolje vpliva na mutacije in prilagajanje.
Druga glavna sestavina področja molekularne ekologije je molekularna filogenetika, ki je tesno povezana s populacijsko genetiko. Molekularna filogenetika preučuje genetsko kodo organizmov, da bi ugotovila, kako so vrste povezane, njihovo evolucijsko zgodovino in kako se je življenje razvilo. Načela genetike omogočajo znanstvenikom, da se naučijo veliko o tem, od kod prihajajo vrste, skupnih prednikov in evolucijskih dreves. Preučevanje zaporedij DNK daje raziskovalcem okno v evolucijsko preteklost organizmov na približno enak način, kot lahko močan teleskop da vpogled v zgodovino vesolja.
Strokovnjaki za molekularno ekologijo poskušajo uporabiti informacije iz svojih raziskav za preučevanje in odgovarjanje na tradicionalne ekološke probleme ter najti načine za izboljšanje tehnik ohranjanja in ohranjanja habitata. Identifikacija in razvrstitev vrst se pogosto izvajata na podlagi genetskih študij molekularnih ekologov, saj so različne vrste lahko tako podobne, da preprečijo pozitivno identifikacijo na druge načine. Molekularni ekologi lahko prispevajo tudi k raziskavam biotske raznovrstnosti z zagotavljanjem podatkov o genskih skladih znotraj populacij in o tem, kako tesno ali široko so lahko geni med sorodnimi vrstami.