Тематика экологии имеет много пограничных вопросов с тематикой разных отраслей биологии - физиологии, генетики, биофизики, теории эволюции и т.д. Формируется множество промежуточных и синтетических направлений, таких как экологическая физиология, цитоэкология, продукционно-энергетическая экология, эволюционная экология и т.д.
Многие вопросы, изучаемые экологией, например формы внутрипопуляционных и межвидовых отношений, имеют огромное значение для исследования механизмов эволюции и для селекции. Отбор по своей сути - явление экологическое, так как представляет собой процесс преобразования популяций. Исследования, проводимые в пограничной между экологией и физиологией области, решают такие актуальные вопросы, как механизм адаптации к разным условиям, в том числе экстремальным - холоду, сухости, снижению гравитации и т.д.
Экология тесно связана и с небиологическими науками - химией, физикой, геологией, геохимией, географией и т.д. Связь экологии с физико-географическими и геофизическими проблемами особенно наглядна в морской гидробиологии, где совокупность организмов, населяющих толщу воды и морское дно, изучается в тесной связи с исследованиями различных физических факторов, приливно-отливных явлений, циркуляции водных масс и т.д. Привлечение данных о влиянии растительных и животных организмов на кору выветривания привело к созданию В.В. Докучаевым современного почвоведения. Американский эколог Ю. Одум называет Докучаева одним из основателей экологии.
На базе почвоведения в синтезе с другими науками возникли такие экологические дисциплины, как почвенная микробиология, почвенная зоология и др. На стыке с геологией и палеонтологией возникла палеоэкология, восстанавливающая особенности экологических связей вымерших видов на основании строения ископаемых форм и условий их захоронения. В результате соединения экологического подхода с принципами ландшафтоведения, возникает экология ландшафта - направление, которое тесно связано с проблемами рационального использования, воспроизводства и охраны природных ресурсов в самом широком смысле. Внедрение в экологию принципов термодинамики породило продукционно-энергетическую экологию, которая исследует закономерности «потока энергии» в пищевых цепях -явления, лежащие в основе биологической продуктивности. Наконец, экология тесно соприкасается с космонавтикой, так как проблема жизнеобеспечения в условиях длительного космического полета - это экологическая проблема. Как и в других областях естествознания, подобные пограничные направления особенно плодотворны для решения многих кардинальных вопросов.