Molekulārā ekoloģija ir bioloģijas nozare, kas izmanto metodes un zināšanas no vairākām specializētām jomām, kas visas ir saistītas ar ģenētiku, lai pētītu ekoloģiju un to, kā ģenētiku un sugu attīstību ietekmē ekoloģiskie faktori. Šo pētījumu galvenā uzmanība parasti tiek uzskatīta par lauka pētījumiem, nevis tīriem laboratorijas pētījumiem. Molekulārie ekologi pēta sugu attīstību un ģenētiskās attiecības starp tām un to, kā vides faktori tās var ietekmēt. Viņi arī izmanto datus, ko viņi iegūst, pētot ģenētiku, lai kvantitatīvi noteiktu sugu evolūcijas vēsturi un sugu diferenciāciju.
Molekulārajā ekoloģijā lauka pētījumi tiek uzsvērti vairāku iemeslu dēļ. Galvenais no tiem ir tas, ka pati molekulārā ekoloģija ir saistīta ar veidu, kā ģenētiku un sugu attīstību ietekmē ekoloģiskie un vides faktori. Vēl viens svarīgs apsvērums ir tas, ka daudzi subjekti, jo īpaši mikroorganismi, nav viegli pieejami laboratorijas kultūrai un pētījumiem. Protams, molekulārā ekoloģija nav tikai lauka disciplīna, un daudz darba tiek veikts arī laboratorijā, taču, tāpat kā arheoloģijas zinātnē, arī šajā jomā tiek veikts un tiks darīts daudz svarīgu darbu.
Viena no galvenajām molekulārās ekoloģijas sastāvdaļām ir populācijas ģenētika. Šī bioloģijas nozare pēta, kā ģenētiskais kods tiek dalīts starp organismiem, kā sugas ir saistītas viena ar otru un kā vides un ekoloģiskie faktori ietekmē kopīgā ģenētiskā koda bitu, ko sauc par alēlēm, izplatību un biežumu starp indivīdiem. Pētot organismu populācijas ģenētiku, var daudz uzzināt par konkrētas sugas attīstību, veidu, kādā populācijā tiek izplatītas īpašības un pazīmes, un to, kā vide var ietekmēt mutāciju un adaptāciju.
Otra galvenā molekulārās ekoloģijas jomas sastāvdaļa ir molekulārā filoģenētika, kas ir cieši saistīta ar populācijas ģenētiku. Molekulārā filoģenētika pēta organismu ģenētisko kodu, lai noteiktu, kā sugas ir saistītas, to evolūcijas vēsturi un to, kā ir attīstījusies dzīvība. Ģenētikas principi ļauj zinātniekiem daudz uzzināt par to, no kurienes nāk sugas, par kopīgiem senčiem un evolūcijas kokiem. DNS sekvenču izpēte sniedz pētniekiem logu organismu evolūcijas pagātnē tādā pašā veidā, kā spēcīgs teleskops var sniegt ieskatu Visuma vēsturē.
Molekulārās ekoloģijas speciālisti cenšas izmantot savu pētījumu informāciju, lai pētītu un atbildētu uz tradicionālajām ekoloģiskām problēmām un atrastu veidus, kā uzlabot saglabāšanas metodes un biotopu saglabāšanu. Sugu identificēšana un klasifikācija bieži tiek veikta, pamatojoties uz molekulāro ekologu veiktajiem ģenētiskajiem pētījumiem, jo atsevišķas sugas var būt tik līdzīgas, ka var novērst pozitīvu identifikāciju ar citiem līdzekļiem. Molekulārie ekologi var arī dot ieguldījumu bioloģiskās daudzveidības apsekojumos, sniedzot datus par gēnu fondiem populācijās un to, cik cieši vai plaši gēni var būt starp radniecīgām sugām.