Molekulinė ekologija yra biologijos šaka, kuri naudoja metodus ir žinias iš kelių specializuotų sričių, visos susijusios su genetika, tirdama ekologiją ir tai, kaip genetikai ir rūšių vystymuisi turi įtakos ekologiniai veiksniai. Paprastai manoma, kad šie tyrimai yra skirti lauko tyrimams, o ne gryniems laboratoriniams tyrimams. Molekuliniai ekologai tiria rūšių vystymąsi ir genetinius ryšius bei kaip aplinkos veiksniai gali jas paveikti. Jie taip pat naudoja duomenis, kuriuos jie gauna tyrinėdami genetiką, norėdami kiekybiškai įvertinti rūšių evoliucijos istoriją ir rūšių diferenciaciją.
Lauko tyrimai molekulinėje ekologijoje akcentuojami dėl daugelio priežasčių. Svarbiausia iš jų yra tai, kad pati molekulinė ekologija sukasi apie tai, kaip genetiką ir rūšių vystymąsi veikia ekologiniai ir aplinkos veiksniai. Kitas svarbus aspektas yra tai, kad daugelis dalykų, ypač mikroorganizmų, nėra lengvai prieinami laboratorinei kultūrai ir tyrimams. Žinoma, molekulinė ekologija nėra grynai lauko disciplina, daug darbo atliekama ir laboratorijoje, tačiau, kaip ir archeologijos mokslas, daug svarbių darbų atliekama ir bus atliekama šioje srityje.
Vienas iš pagrindinių molekulinės ekologijos komponentų yra populiacijos genetika. Ši biologijos šaka tiria, kaip genetinis kodas dalijasi tarp organizmų, kaip rūšys yra susijusios viena su kita ir kaip aplinkos bei ekologiniai veiksniai įtakoja bendro genetinio kodo bitų, vadinamų aleliais, pasiskirstymą ir dažnį tarp individų. Tiriant organizmų populiacijos genetiką galima daug sužinoti apie tam tikros rūšies vystymąsi, apie tai, kaip populiacijoje pasiskirsto savybės ir bruožai, ir kaip aplinka gali turėti įtakos mutacijai ir prisitaikymui.
Kitas pagrindinis molekulinės ekologijos srities komponentas yra molekulinė filogenetika, glaudžiai susijusi su populiacijos genetika. Molekulinė filogenetika tiria organizmų genetinį kodą, kad nustatytų, kaip rūšys yra susijusios, jų evoliucijos istorija ir kaip vystėsi gyvybė. Genetikos principai leidžia mokslininkams daug sužinoti apie tai, iš kur kilusios rūšys, bendri protėviai ir evoliuciniai medžiai. DNR sekų tyrimas suteikia tyrėjams langą į organizmų evoliucinę praeitį panašiai, kaip galingas teleskopas gali suteikti įžvalgos apie visatos istoriją.
Molekulinės ekologijos specialistai bando panaudoti savo tyrimų informaciją tirdami ir spręsdami tradicines ekologines problemas bei ieškodami būdų, kaip pagerinti apsaugos ir buveinių išsaugojimą. Rūšių identifikavimas ir klasifikavimas dažnai atliekamas remiantis molekulinių ekologų genetiniais tyrimais, nes skirtingos rūšys gali būti tokios panašios, kad būtų išvengta teigiamo identifikavimo kitomis priemonėmis. Molekuliniai ekologai taip pat gali prisidėti prie biologinės įvairovės tyrimų, pateikdami duomenis apie populiacijų genų fondus ir apie tai, kaip glaudžiai arba plačiai genai gali būti paskirstyti tarp susijusių rūšių.