Diễn thế sinh thái (tiếng Anh là Ecological Succession) là quá trình biến đổi tuần tự của quần xã sinh vật qua các giai đoạn khác nhau, từ dạng (trạng thái) khởi đầu (hay tiên phong), được thay thế lần lượt qua các giai đoạn chuyển tiếp bởi các dạng quần xã tiếp theo và cuối cùng thường dẫn tới một quần xã tương đối ổn định hay trạng thái ổn định, tồn tại lâu dài theo thời gian. Đó là trạng thái đỉnh cực (Climax). Diễn thế có thể kéo dài trong vài thập kỷ (trong trường hợp cháy rừng) cho đến hàng triệu năm (trong trường hợp xảy ra sự kiện tuyệt chủng)
Trong quá trình diễn thế xảy ra những thay đổi lớn về cấu trúc thành phần loài, các mối quan hệ sinh học trong quần xã... Tức là quá trình giải quyết các mâu thuẫn phát sinh trong nội bộ quần xã và giữa quần xã với môi trường, đảm bảo về sự thống nhất toàn vẹn giữa quần xã và môi trường một cách biện chứng.
Diễn thế là một trong những lý thuyết tiên tiến đầu tiên trong ngành khoa học sinh thái học. Diễn thế sinh thái lần đầu được ghi nhận cồn cát vùng đông bắc tiểu bang Indiana, Mỹ.