L'Ecologia è la disciplina che studia la Biodiversità e la definisce come la diversità dei viventi a tutti i livelli di organizzazione di cui si occupa: popolazioni, ecosistemi, landscape e biosfera.

1. a livello di popolazione associata alla diversità genetica. Una popolazione è un'insieme di individui della medesima specie che popolano lo stesso habitat o area considerata La genetica delle popolazioni è la disciplina che studia la variabilità o diversità genetica all'interno di una popolazione o all'interno di una specie; ovvero la sua distribuzione spaziale e temporale, l'origine ed il suo mantenimento.

   Esistono diversi livelli di variabilità genetica:

   • variabilità tra individui della stessa popolazione
   • variabilità tra individui di popolazioni diverse
   • variabilità tra individui di gruppi di popolazioni diverse
   La stima della variabilità genetica di una popolazione si ottiene calcolando il grado di polimorfismo di un dato locus genico (numero degli status allelici presenti) , la sua frequenza allelica relativa e la frequenza genotipica.
2. a livello di ecosistema la si può definire come il numero totale di specie in esso presenti. Per ecosistema si intende un sistema formato dall'insieme degli organismi vegetali e animali che popolano un dato luogo circoscritto ed influenzabile da specifici fattori ambientali.(George Tansley 1935) Per misurare la diversità biologica all'interno di una determinata area o ecosistema bisogna tener conto del numero di individui da cui ogni specie è rappresentata (abbondanza relativa):

   pi = ni/N

   dove ni= n°di individui di ogni iesima specie N= n°totale di individui di una taxocenosi (insieme di individui con affinità tassonomica, filogenetica, ecologica e dimensionale).

   In linea generale, comunque, si possono ottenere informazioni sulla diversità biologica grazie all’indice di Shannon, in cui ogni specie è rappresentata da un’abbondanza relativa:

   H’= -Σ pi log₂ pi

   dove pi= ni/N e indica la probabilità del verificarsi degli eventi (frequenza relativa della specie iesima)

   Da qui si può ricavare l’indice di evenness, che indica la presenza di equiripartizione (stesso o simile numero di individui per le diverse specie appartenenti ad una determinata area o ecostema):

   e=H’/ H’max = H’/log₂ S

   dove S= n°totale delle specie.

   Shannon formulò infine l’indice della ricchezza in specie:

   RS= S/√N

   che gli permise di concludere che la diversità è tanto più alta, quanto più grande è il numero delle specie e quanto più ci si avvicina all’equiripartizione.

   Successivamente, Simpson ideò il proprio indice di dominanza:

   C= ∑ (pi)²

   per cui quanto più il numero di specie aumenta, tanto l’indice C diminuisce e tende a 0. Tale indice di dominanza può essere anche usato come indice di diversità, con 1-C. Valori vicino a 1= alta biodiversità valori vicino allo 0= bassa biodiversità e presenza di specie dominanti

   Tuttavia le teorie di Shannon e Simpson sono insufficientemente adeguate, poiché pongono le specie su un medesimo livello, quando in realtà alcune, come le Keystonespecies (specie chiave), sono su piani diversi cioè hanno valori ecologici più alti e svolgono attività di controllo e permettono la coesistenza di un numero elevato di specie.

3. a livello di Landscape (paesaggio) la Biodiversità è misurata sulla base di singoli ecosistemi o unità di paesaggio. Come già citato ne “i tre livelli trofici” è possibile valutare un ecosistema sulla base della sua produttività, della ricchezza di specie, della biomassa contenuta nei diversi livelli trofici, dei flussi energetici da cui questi ultimi sono connessi, dalla velocità di ciclizzazione di un elemento, dalla sua capacità di compiere un determinato processo. Ci saranno, quindi, ecosistemi con valori ecologici più alti e con una maggior esigenza di conservazione.
4. a livello di Biosfera la biodiversità specifica diminuisce all'aumentare della latitudine, questo comporta un numero maggiore di specie all'equatore e un numero minore ai poli. Tuttavia la loro distribuzione non è uniforme, ma si concentra in determinati punti chiamati Hots spots. Il grande limite di questo livello di Biodiversità è che non esiste una conoscenza sufficiente per proteggerla e conservarla, poiché si pensa che gli attuali dati sulle specie che abitano il pianeta siano sottostimati. Di fatti si conoscono attualmente 1,8 milioni di specie, ma data l'alta frequenza di scoperta e l'impossibilità di raggiungere molte zone della Terra ancora sconosciute, come gli abissi marini, si pensa che il numero di specie ancora da scoprire superi di almeno dieci volte il numero attuale.