Meža ekoloģija ir sistemātiska dabas sistēmu pētniecība, kuras galvenais mērķis ir izzināt funkcionālās saites starp ekoloģiskajiem faktoriem un antropogēnajām ietekmēm, dzīvās dabas struktūrām un dzīvo organismu sadalījumu telpā un laikā. Meža ekoloģijas pētījumu objekti ir meži, konkrētāk – dzīvās dabas telpiskās struktūras mežos, to funkcionēšana un mainība laikā. Papildus klasiskajai sauszemes veģetācijas ekoloģijai, meža ekoloģijā ļoti svarīgas ir arī bioģeoķīmijas (vielas un enerģijas aprite) un ainavu ekoloģijas (telpiskās sakarības ekoloģijā) perspektīvas.

Meža ekosistēmu veido biotiskās (dzīvie organismi) un abiotiskās (nedzīvā daba) komponentes. Meži tiek pētīti vairākos bioloģiskās organizācijas līmeņos – bioma, ekosistēma, biokopa, populācija, suga, organisms un genotips –, un katrā no šiem līmeņiem tiek pielietotas atšķirīgas pētījumu metodes. Meža ekoloģijas pētījumu pamatā ir meža ekosistēmas struktūras izdalīšana, t. i., veģetācijas stāvojums mežā un kokaugu telpiskā izplatība. Strukturālie elementi un sugu sastāvs ir galvenie kvantitatīvie un kvalitatīvie parametri, kas raksturo mežaudzi.

Bioloģiskās daudzveidības aspekts ir ļoti nozīmīgs meža ekoloģijā – tas primāri ir saistāms ar biotopu (dzīvotņu) struktūru, ko ietekmē koku lielums, vecums, stāvojums, kā arī mikrobiotopi: dobumi, kritalas, alas un citi. Piemēram, daudzām retām sugām patīk dažāda vecuma audzes, kuras nav sastopamas viena vecuma apsaimniekošanas apstākļos. Mirusī koksne tiek pētīta bioloģiskās daudzveidības aspektā, jo tā kalpo par dzīvotni daudzam retām un apdraudētām meža sugām un tiek izmantota kā svarīgs indikators mežu dabiskumam.

Augsnes (pedosfēra) ir ļoti nozīmīgas meža ekosistēmu komponentes, kas nesaraujami saistītas ar virszemes veģetāciju, tomēr bieži augšņu ietekme meža ekoloģijas pētījumos tiek analizēta virspusēji vai nemaz. Arī mikroorganismi, sēnes un sūnas praktisku apsvērumu dēļ tiek pētītai retāk, kaut gan tiem ir milzīga nozīme ekoloģisko sistēmu funkcionēšanā.

Mežs ir ekosistēma, kurā lielākais biomasas ražotājs ir koki. Meža definīcija saskaņā ar Apvienoto Nāciju Organizācija (United Nations) Pārtikas un Lauksaimniecības organizāciju (Food and Agriculture Organization) ir par 0,5 ha lielāka teritorija, kurā kokaugi ir vismaz 5 m augsti un to vainagu segums sasniedz vismaz 10 %, kā arī audzes, kuras ir spējīgas saniegt šādus rādītājus. Tas ietver dabiskas, pusdabiskas (cilvēka ietekmētas) un mākslīgas izcelsmes meža ekosistēmas (plantācijas). Tā kā meža definīcijas atšķiras dažādos reģionos, šis aspekts ir jāņem vērā, plānojot pētījumus vai apsaimniekošanas darbības. Galvenās mežu biomasas pasaulē ir tropiskie meži, mērenās joslas meži (temperate forests) un boreālie meži (taiga), kas sīkāk iedalāmi daudzos apakštipos, piemēram, sausie Vidusjūras tipa meži. 

Meži ir ārkārtīgi svarīgi globālajai ekoloģijai, ekonomikai, klimatam un sabiedrības veselībai. Meži globāli aizņem 31 % no sauszemes platības un ir dominējošā ekosistēma daudzos pasaules reģionos. Meža ekoloģija ir fundamentāla nozare, kas ir saistoša mežzinātnē, mežkopībā, ekoloģijā, bioloģijā un sociāli ekoloģiskajos pētījumos. Meža ekoloģija sniedz zinātniskas atziņas, kas palīdz mazināt konfliktu starp meža ekosistēmu ekoloģisko funkciju integritāti un meža koksnes un citu resursu izmantošanu. Meža ekoloģija sniedz zinātniski pamatotu informāciju arī dabas aizsardzībā – aizsargājamo teritoriju un pasākumu plānošanā, apsaimniekošanā un monitoringā. Dabas aizsardzība mežos tiek organizēta, izmantojot galvenokārt aizsargājamās teritorijas (Latvijā, piemēram, īpaši aizsagājamās dabas teritorijas), kā arī brīvprātīgi aizsargājot meža teritorijas. Sertificēti meži (piemēram, Mežu uzraudzības padomes (Forest Stewardship Council) un Meža sertifikācijas apstiprināšanas programmas (Programme for Endorsing Forest Certification) sistēmas) nenodrošina dabas aizsardzību tiešā veidā, bet veicina ilgtspējīgu mežu apsaimniekošanu.

Meža bioloģiskās daudzveidības izpēte ir ļoti nozīmīgs fokuss meža ekoloģijas pētījumos. Aptuveni 80 % no zināmajām sauszemes organismu sugām apdzīvo meža ekosistēmas. Bioloģisko daudzveidību meža ekosistēmās veido struktūras (veci, lēni augoši koki, liela izmēra atmirusī koksne, dažāda vecuma koki, atvērumi vainagā, lauces, ūdensteces, ūdenstilpes, dobumaini koki), funkcijas (biotopa izmērs, mitruma apstākļi, telpiskais konteksts, mežizstrādes ietekme) un izmaiņu procesi (biotopu izzušana, fragmetācija un degradācija).

Neto primārā produktivitāte (NPP) ir galvenais parametrs, kas raksturo ekosistēmas, jo tas apraksta kopējo biomasas pieaugumu, no kura atņemts dabiskais atmirums. Pasaulē produktīvākā bioma ir tropiskais mežs, kura ikgadējā NPP sasniedz 16,0–23,1 Pg C. Mērenās joslas un boreālo mežu NPP ir daudz zemāka, sasniedzot tikai 2,6–9,1 Pg C.

Ilgtspējīga mežu apsaimniekošana (sustainable forest management) ir ilgtermiņa politiskais mērķis mežu apsaimniekošanā visā pasaulē. Meža ekoloģijas atziņas nosaka kritēriju un indikatoru izstrādi meža apsaimniekošanas sertifikācijas shēmās. Arī ekosistēmu pakalpojumi arvien biežāk tiek izmantoti, lai kvantitatīvi un kvalitatīvi novērtētu mežu ekosistēmas sabiedrības vajadzību kontekstā, kā arī ir daļa no sociāli ekoloģiskās sistēmu perspektīvas.

Meža ekoloģijas apakšnozare ir saistīta ar fizioloģiju, ģenētiku, sistemātiku, fiziku, ķīmiju, ģeomorfoloģiju, bioģeogrāfiju, meteoroloģiju, evolūcijas teoriju, sistēmu teoriju un kibernētiku.

Tā kā mūsdienās ekoloģijas, tajā skaitā arī meža ekoloģijas, nozīmība ir pieaugusi, tad tās vairs netiek uzskatītas par bioloģijas apakšnozarēm. Līdzīgi kā ekoloģija kopumā, meža ekoloģija iedalāma populāciju ekoloģijā, sinekoloģijā, bioģeoķīmijā, arī cilvēka ekoloģijā.

Meža ekoloģija balstās uz tām pašām fundamentālajām teorijām, uz kurām ekoloģija un bioloģija kopumā (evolūcijas teorija, ekosistēmu teorija, ekoloģisko nišu teorija, ekoloģiskā sukcesija un citas), un papildus uz dažām specifiskām terorijām.

1. Dabisko traucējumu teorija (forest natural disturbances) – Pēra Angelstama (Per Angelstam) un Timo Kūluvainena (Timo Kuuluvainen) teorija, atbilstoši kurai boreālajos un hemiboreālajos mežos tiek izdalīti trīs dabisko traucējumu režīmi: 
1. kohortu dinamika (traucējumā, tipiski ugunsgrēkā, tiek daļēji iznīcinātas mežaudzes sausieņu meža tipos, kas vēlāk raksturīgi veido viena vecuma ataudzi); 
2. sukcesija (traucējums, kas pilnībā iznīcina mežaudzi, pēc kura tā pakāpeniski atjaunojas atbilstoši vides apstākļiem un stohastiskiem procesiem); 
3. robu dinamika (reti degošos mežos – traucējums izpaužas, veidojoties robiem koku vainagu segumā pēc atsevišķu koku, tipiski vecu, bojāejas, un ataudze notiek radītajās laucēs). Tā sasaistās ar vidēja biežuma traucējumu hipotēzi (intermediate disturbance hypothesis).
2. Salu bioģeogrāfijas teorija (theory of Island biogeography) – ainavu ekoloģijas teorija, kas parāda sakarību starp sugu kolonizāciju un izmiršanu okeāna salās. Tā tiek arī vispārināta uz sauszemes ekosistēmām.
3. Metapopulāciju teorija (metapopulation theory) – matemātiski formalizēta metapopulāciju (telpiski izdalāmu apakšpopulāciju) mainība laikā un telpā. Tiek izmantota, lai kvantitatīvi modelētu un simulētu metapopulāciju izmaiņas un to ietekmi uz populāciju kopumā. Tā saistīta ar avota sateknes dinamikas teoriju (sourse-sink dynamics theory).

Tā kā meža ekosistēmas tiek pētītas daudzos bioloģiskos līmeņos – no biomas līdz genotipam –, atbilstoši atšķiras arī izmantotās pētniecības metodes. Mežaudžu un biotopu mērogā galvenokārt tiek izmantoti kontakta un bezkontakta mērījumi (kokaudze, veģetācija, mirusī koksne) un paraugošana (kokaudze, augsne, ūdens). Laboratoriskās pētījumu metodes izmanto ievākto paraugu ķīmiskajās, fizikālajās un ģenētiskā materiāla analīzēs.

Ekoloģijā kopumā mērījumu veikšana ir sarežģītāka un nav tik precīza, salīdzinot, piemēram, ar fiziku, jo kvantitificēt dabas sistēmas, it īpaši enerģijas pārnesi starp dzīviem organismiem un nedzīvo dabu, ir komplicēts uzdevums.

Atsevišķi izdalāmas eksperimentālās metodes, ko veic īpašās meža pētīšanas stacijās. Šādi eksperimenti galvenokārt ir saistīti ar koku fizioloģiju, gāzu apmaiņu, barības vielu uzsūkšanos, ģenētisko izpēti un citiem. Eksperimenti tiek veikti arī laboratorijas apstākļos, piemēram, izmantojot mikrokosmus – īpašas telpas ar kontrolētiem vides apstākļiem.

Telpiskā meža ekoloģija izmanto ainavu ekoloģijas (telpisko analīzi, telpisko modelēšanu) un metapopulāciju dinamikas (matemātiskā modelēšana) metodes. Veģetācijas dinamikas izpētē izmanto sistemātisku īpatņu uzskaiti parauglaukumos pa sugām, augu funkcionālajām grupām un citiem parametriem. Meža ekoloģijā izmanto arī botānikā balstīto fitosocioloģisko pieeju, izdalot tipiskas augu sugu sabiedrības un asociācijas (grupas).

Ekoloģijā daudz tiek izmantoti konceptuālie modeļi ekosistēmu procesu formalizācijai pētījuma sākuma fāzē – tie palīdz definēt funkcionālās sakarības un izveidot veiksmīgu pētījuma dizainu un uz tā balstītu paraugošanas stratēģiju.

Meža ekoloģijas kā zinātnes pirmsākumi saistāmi ar klasisko mežsaimniecību 18. gs. vidū Vācijā. 1868. gadā grupa vācu mežsaimnieku ierīkoja pētnieciskos parauglaukumus mežos. Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV) meža pētījumu stacijas tika ierīkotas tikai 1909. gadā.

Pirmais Starptautiskās Meža pētniecības organizāciju apvienības (International Union of Forest Research Organizations, IUFRO) pasaules kongress notika Vīnē 1893. gadā, bet pirmais pasaules kongress ārpus Eiropas – 1971. gadā ASV. Zinātnisko žurnālu Forest Ecology and Management sāka izdot tikai 1976. gadā.

Ekoloģija daudz ieguvusi no tā sauktās kvantitatīvās revolūcijas zinātnē 20. gs. 50.–60. gados, kad notika strauja skaitļošanas tehnoloģiju attīstība. Tas noveda pie bioinformātikas, biometrijas un matemātiskās modelēšanas metožu attīstības meža ekoloģijā.

20. gs beigās un 21. gs. sākumā izteikti pieaudzis pētījumu skaits par oglekļa (C) apriti meža ekosistēmās:  oglekļa krājumi, piesaistes ātrums dažāda vecuma mežos, oglekļa dioksīda (CO₂) emisijas un citas tēmas. Tas ir saistāms ar globālu fokusu uz klimata pārmaiņu izpēti, pārmaiņu seku mazināšanu un to, lai varētu papildus izpētīt CO₂ pieasaistes iespējas, lai prognozētu globālo CO₂ bilanci.

Ņemot vērā, ka meži tiek izmantoti arvien intensīvāk un ka sabiedrība sāk apzināties globālās ekoloģiskās problēmas, piemēram, klimata pārmaiņas, bioloģiskās daudzveidības samazināšanos un dabas vides piesārņojumu, meža ekoloģija kļūst ļoti aktuāla. Saistībā ar klimata pārmaiņām un citiem faktoriem, ļoti aktuāla ir uguns kā ekoloģiskā faktora pētniecība meža ekoloģijā. Citas mūsdienās ļoti svarīgas tēmas: svešzemju sugu invāzija mežos, meža adaptācijas spējas un vecie meži.

Meža ekoloģija integrē un aptver vairākas nozares, adaptējot inovācijas un perspektīvas, piemēram, no matemātikas (biostatistika), datorzinātnes (bioinformātika) un ģeogrāfijas (bioģeogrāfija, ainavu ekoloģija).

Meža ekoloģija mūsdienās ir kļuvusi ļoti specializēta, daudz tiek izmantotas tehnoloģijas – no laboratoriskajām analīzēm līdz satelītu attēliem. Tehnoloģiskās inovācijas meža ekoloģijā ietver radioizotopu marķierus, ģenētiskās analīzes, mikrokalorimetriju un spektroskopiju, procesu datormodelēšanu un simulācijas, kā arī citas metodes. 

Zviedrijas Lauksaimniecības Universitāte (Sveriges lantbruksuniversitet), Austrumsomijas Universitāte (Itä-Suomen yliopisto) Somijā, Mičiganas Universitāte (University of Michigan) ASV, Vāgeningenas Universitāte (Wageningen University) Nīderlandē.

Starptautiskā meža pētniecības organizāciju apvienība (International Union of Forest Research Organizations, IUFRO), Amerikas Ekoloģiskā biedrība (Ecological Society of America, ESA), Vācijas, Austrijas un Šveices Ekoloģiskā biedrība (Gesellschaft für Ökologie), Itālijas mežkopības un meža ekoloģijas biedrība (Società Italiana di Selvicoltura ed Ecologia Forestale, SISEF).

Forest Ecology and Management (izdevējs Elsevier, kopš 1976. gada), Canadian Journal of Forest Research (izdevējs Canadian Science Publishing, kopš 1971. gada), European Journal of Forest Research (izdevējs Springer, kopš 1857. gada), Forests (izdevējs Multidisciplinary Digital Publishing Institute, kopš 2010. gada), Journal of Forestry (izdevējs Society of American Foresters, kopš 1902. gada).

Zviedru ekologs P. Angelstams – meža ekosistēmas ilgtspējīga apsaimniekošana, dabisko traucējumu režīmi un dabas aizsardzība mežos. Somu zinātnieks Ilka Hanski (Ilka Hanski) – metapopulāciju teorijas attīstība un to matemātiskā modelēšana. Lī Frelihs (Lee Frelich) – Minesotas Universitātes Meža ekoloģijas centra direktors (University of Minnesota Center for Forest Ecology). Džerijs Franklins (Jerry Franklin) – mežu ekologs Vašingtonas Universitātē (University of Washington), kurš tiek dēvēts par jaunās mežsaimniecības tēvu.