Los estudios ecológicos pueden ir desde propósitos tales como conocer las variaciones de la densidad de una población de un lugar y tiempo determinado, a resolver problemas como cuál es la abundancia y composición de una comunidad en un gradiente natural o cuando en el ambiente existen problemas de contaminación. Es evidente que la gama de objetivos y grados de dificultad de los problemas a resolver es muy amplia y de diversa índole. Por lo tanto se necesitan metodologías de campo y laboratorio específicas de acuerdo con los objetivos que se persigue, así como equipos y materiales de muestreo definidos. Estos últimos pueden ir desde muy sencillos y económicos, como un lápiz y un papel, a los de mayor complejidad y costos como, por ejemplo, equipos de laboratorio para el control de variables ambientales. Una buena parte del conocimiento ecológico se fundamenta tanto en los conocimientos teóricos adquiridos, como en las observaciones de campo que provocan en los investigadores preguntas acerca del funcionamiento de la naturaleza. Muchas veces sólo es posible responderlas realizando un estudio en el campo. En este tipo de estudios el investigador, a diferencia de lo que ocurre en un laboratorio, no tiene o es muy poca la capacidad de controlar las variables del sistema que está analizando (el muestreo). Sobre la base de los objetivos propuestos, el muestreo tiene que estar cuidadosamente planeado (diseño de protocolo de muestreo) para que se pueda realizar una comprobación estadística de los resultados. Las herramientas de análisis como son los cálculos numéricos y los análisis estadísticos están ligados al estudio en sí, ya que son los que nos permiten demostrar que los resultados de una investigación son el producto de procesos ecológicos y no del azar.