一定空間中的生物群落與其環境組成的係統，其中各成員借助能流和物質循環形成一個有組織的功能複合體。“係統”一詞有兩層基本含義：一是它由一些相互依賴、相互作用的部分所組成；二是這些部分按照一定的規律組織在一起，從而使這個整體具備了統一的功能特征。把生物與環境視為一個統一整體的概念非常古老，但根據生物學研究而明確提出這種觀念則隻有 100多年曆史。德國學者默比烏斯1877年提出“生物群落”概念時，最初便有環境的含意。美國學者福布斯1887年提出“微宇宙”。“生態係統”一詞是1935年由英國生態學家坦斯利提出的，與此概念相近的還有前蘇聯學者蘇卡喬夫1940年提出的“生物地理群落”。
生態係統概念一經提出，很快為生態學家普遍接受。但由於生態係統的研究規模大並且要求綜合研究手段，這在當時的物質技術條件下是很難滿足的，所以在最初的20多年間研究的範圍比較小。直到20世紀60年代，人口、資源和汙染等問題受到廣泛重視之後，生態係統概念才開始在人類實踐活動中發揮出越來越大的作用。當今，無論小麵積的害蟲防治、山林管理，還是大範圍的農業規劃、水土保持，甚至全國性的國土整治等問題，都需要從生態係統的觀點來考慮。生態係統理論已成為現代環境科學的基石。
結構
一般由3方麵描述，即營養結構、空間結構和時間結構。
一、營養結構
生產者主要是綠色植物，能利用簡單的無機物質製造複雜的有機物；消費者主要是動物，以植物或其他動物為食，又分為一級消費者（植食動物）、二級消費者（肉食動物）、三級消費者（頂級肉食動物）；分解者主要是微生物，將動植物死體及排遺物中的複雜的有機物分解還原為簡單的無機物，供生產者重新利用，它們又稱為還原者。從消費食物的角度看，它們也屬於廣義的消費者。
生物之間一物以他物為食的循環遞進的連鎖關係稱為食物鏈。例如，草原上可以見到牧草→植食動物→肉食動物→大型肉食動物的鏈鎖，這種從植食動物吃活植物體開始的食物鏈，稱為牧食食物鏈。在森林中，每年新生長的枝葉，隻有不到1/10被植食動物消耗，大部分都落在地麵被微生物分解。這種從微生物分解動植物死體有機物開始的食物鏈，稱為碎屑食物鏈。當然，這種食物鏈不限於森林中，一切動植物屍體及排遺物都要經此途徑分解為腐殖質或簡單的無機物質。自然界中的許多食物鏈彼此交織形成複雜的網絡狀營養結構，稱為食物網。
在營養結構中，生產者是係統中其他生物的營養來源，屬第一營養級；作為一級消費者的植食動物屬第二營養級，依此類推。但實際上對具體物種進行營養分級隻能是相對的。例如一個雜食動物可能同時占若幹營養級，微生物可能分解生產者和各級消費者的屍體和排遺物，所以通常也隻籠統稱為“次級”消費者而不再細分。
二、空間結構
草原、森林、湖泊、海洋等自然生態係統在空間上可區分出兩個營養層次：上麵的吸收陽光進行光合作用的自養層和下麵的異養層。自養層，其中生產者的生產過程占優勢，在水域中就是日光能透入的光亮層，在陸地上就是植被的株冠。異養層，以動植物死體及排遺物的分解過程為主，在水域中就是無光帶和水底的沉積帶，在陸地上就是落葉層和土壤的上部。
自然生態係統還有另一種垂直分層，往往是以植物生活型為標準劃分的。森林生態係統尤其是熱帶雨林，具有複雜的垂直分層結構，如喬木層、灌木層、草被層、地被層等。而草原和荒漠生態係統的分層結構就比較簡單。