Sinh thái học (tiếng Anh: ecology; từ tiếng Hy Lạp: οἶκος, "nhà" và -λογία, "nghiên cứu về") là chuyên ngành nghiên cứu về quan hệ giữa sinh vật và môi trường sống của chúng. Sinh thái học xem xét sinh vật ở cấp độ cá thể, quần thể, quần xã, hệ sinh thái và sinh quyển. Sinh thái học có phần trùng lặp với các ngành khoa học liên hệ mật thiết gồm địa lý sinh học, sinh học tiến hóa, di truyền học, tập tính học và lịch sử tự nhiên. Sinh thái học là một phân ngành của sinh học và khác với chủ nghĩa môi trường. Sinh thái học nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường trọn vẹn và của từng yếu tố của môi trường đối với sinh vật; đối với sự hình thành của các đặc điểm hình thái học và sinh lý học; đối với số lượng cá thể của sinh vật và quần thể sinh vật; quan hệ bên trong loài và giữa các loài với nhau và giữa chúng với môi trường. Sinh thái học mang những ứng dụng thực tiễn trong sinh học bảo tồn, quản lý đất ngập nước, quản lý tài nguyên thiên nhiên (sinh thái học nông nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, nông lâm kết hợp, thủy sản), quy hoạch thành phố (sinh thái đô thị), sức khỏe cộng đồng, kinh tế học sinh thái, khoa học cơ bản và khoa học ứng dụng, tương tác của xã hội loài người (sinh thái nhân văn). Từ "sinh thái học" ("Ökologie") do nhà khoa học người Đức Ernst Haeckel đặt ra vào năm 1866, và đây đã trở thành môn khoa học tự nhiên vào cuối thế kỷ 19. Bộ môn khoa học sinh thái mà chúng ta biết ngày nay bắt đầu với một nhóm nhà thực vật học người Mỹ vào thập niên 1890. Những khái niệm tiến hóa liên quan tới thích nghi và chọn lọc tự nhiên là những nền tảng của lý thuyết sinh thái hiện đại. Hệ sinh thái là những hệ thống sinh vật tương tác động, quần xã mà chúng tạo nên và các thành phần không sống trong môi trường của chúng. Các quá trình của hệ sinh thái (chẳng hạn như sản lượng sơ cấp, chu trình dinh dưỡng và thiết kế ổ) điều chỉnh dòng năng lượng và vật chất thông qua một môi trường. Hệ sinh thái mang những cơ chế lý sinh học giúp tiết chế các quá trình tác động lên thành phần sống và không sống của hành tinh. Hệ sinh thái duy trì các chức năng hỗ trợ sự sống và cung cấp những dịch vụ hệ sinh thái như sản phẩm sinh khối (thực phẩm, nhiên liệu, sợi và thuốc), điều hòa khí hậu, chu trình sinh địa hóa toàn cầu, lọc nước, cải tạo đất, khống chế xói mòn, chống lũ và nhiều đặc điểm tự nhiên khác có giá trị khoa học, lịch sử, kinh tế hoặc nội tại.