分子生態學
分子生態學是利用進化生物學理論，採用分子生物學和基因組學的實驗方法和技術手段、統計學和數學的分析方法，通過計算機科學的技術和算法，旁及地學、古氣候學等, 研究物種和種群的遺傳變異及表觀遺傳變異、遺傳譜系, 探討生物多樣性演化、生物地理演化、物種分化、生態適應等的生態學和進化生物學機制[1]。
研究範圍包括種群演化歷史、種群分化和物種形成機制、寄主選擇、配偶選擇、繁殖行為、生殖方式、精子競爭、擴散和建群、遺傳譜系地理演化、遺傳分化和局部適應、生態適應的遺傳基礎、氣候變化的生態學和進化生物學後果、生物對環境變化的響應機制、遺傳多樣性評估、食性鑑定、覓食行為、瀕危生物貿易的監測、個體和種群鑑定、外來入侵種溯 源及入侵機制、遺傳修飾生物的生態風險評估、有害生物防控等[1]。
分支學科包括分子群體遺傳學、譜系生物地理學、生態基因組學、景觀遺傳學、系統發生群落生態學等[1]。
由於很多微生物不能很容易地在實驗室中培養（海水中的0.001~0.1%，土壤中的0.3%左右，活性污泥中1~15%可被分離培養），因此不能用傳統的鑒別和描述菌株的辦法研究它們。另外，隨著聚合酶鏈式反應(PCR)技術的發展，人們可以快速擴增遺傳物質DNA。
環境樣品中DNA的擴增通常需要一組用於特定微生物的引物，而得到遺傳物質的混合物，將其分離，隨後進行測序和鑒別。經典的分離辦法是通過克隆，將擴增的DNA片段插入到細菌質粒上實現的。較新的方法包括變性梯度凝膠電泳(DGGE)，可以更快地得到結果。
分子生態學的發展也和DNA晶片的使用緊密相關，該技術可以高通量檢測環境中的特定生物或基因。
分子生態學中可以使用很多基因進行研究，在分類學角度，最常應用的基因是核糖體小亞基RNA(SSU rRNA)。而功能性基因的研究有助於判斷微生物在該環境中的活動。
微生物生態學中和分子技術相關的一個重要問題就是，這些生物以主動（進行正常代謝和繁殖）還是被動（靜息休眠）的方式存在。這可以用幾種方式來解決：
發展歷史
分子生態學開始於1950年代。是隨著DNA雙螺旋結構的發現，分子水平的群體遺傳學研究得以開展，相繼出現了同工酶電泳、限制性內切酶酶切技術、分子克隆和DNA測序技術等，使遺傳變異研究得以實現, 並可以在群體水平進行檢測。分子進化的中性理論的提出，引發了適應性進化和中性進化的爭論，推動了群體遺傳學和分子進化研究，分子鐘假說的提出和譜系進化關係重建理論、方法、算法和軟體的出現, 進一步促進了分子進化和分子群體遺傳學研究的發展[1]。
到了1980年代，DNA聚合酶鏈反應的發明和熱穩定DNA聚合酶的發現，進一步推動了分子生態學和分子群體遺傳學研究。1992年《Molecular Ecology》的創刊，標誌著分子生態學的建立。溯祖理論、貝葉斯方法和馬爾可夫過程等的引入，提升了分子生態學研究的可靠性[1]。