Metapopulāciju teorija ļauj skaidrot un telpiski prognozēt populāciju dinamiku ainavās, izmantojot biotopu plankumus kā dzīvotnes (telpiskas pamatvienības), kurās lokālās subpopulācijas (metapopulācijas) mijiedarbojas migrācijas, kolonizācijas un izmiršanas procesos. Teorija skaidro to, kā ainavu telpiskā struktūra un biotopu savienotība ietekmē populāciju noturību (resilience) un ainavas bioloģisko daudzveidību.

Atbilstoši metapopulāciju teorijai, katra metapopulācija attīstās salīdzinoši nodalīta no pārējām, un to ietekmē katrai metapopulācijai raksturīgie demogrāfiskie un stohastiskie (nejaušu notikumu izraisītās metapopulācijas svārstības) procesi. Kopumā teorija paredz, ka – jo mazāka metapopulācija, jo lielāka iespēja notikt tuvradnieciskās krustošanās (inbrīdinga) procesiem (pārāk zema ģenētiskā daudzveidība), līdz ar to ir augstāks metapopulācijas izmiršanas risks.

Klasiskais (Levinsa modelis, the Levins model) modelis – pastāv liels skaits mazu biotopa plankumu, kuros vietējā dinamika notiek straujāk nekā metapopulāciju dinamika. Šajā gadījumā pastāv augstāks lokālo metapopulāciju izmiršanas risks.

Kontinenta salu (Būrmana un Levita modelis, Boorman-Levitt model) modelis – viens vai vairāki lieli biotopa plankumi funkcionē kā “kontinents” (populācijas “avots”), no kura īpatņi izplatās uz mazākiem zemākas kvalitātes plankumiem, kur pastāv augstāks izmiršanas risks.

Avota sateknes (source-sink) modelis – telpiskā struktūra, kurā ir daudz plankumu, kuri var funkcionēt gan kā avots (izplatīt īpatņus), gan kā satekne (uzņemt īpatņus).

Nelīdzsvarotās (non-eqilibrium) metapopulācijas modelis – telpiskā struktūra, kurā biotopu plankumi ir vāji funkcionāli savienoti un to lokālās izmiršanas riski ir augsti zemā kolonizācijas tempa dēļ vai pretēji – lokālie kolonizācijas tempi pārsniedz izmiršanas tempus.

Būtisks metapopulāciju funkcionēšanas aspekts ir avota sateknes dinamika (source-sink dynamics), kas saistāma ar metapopulāciju stabilitāti un noturību (resilience), klasificējot biotopu plankumus pēc to imigrācijas (kolonizācijas) un emigrācijas bilances. Piemēram, sateknes biotopiem vajadzīga nepārtraukta imigrācija, lai saglabātu metapopulācijas īpatņu skaitu, savukārt avota biotopi nodrošina šo imigrācijas plūsmu.

Teorijas pirmsākums ir saistīts ar 1967. gadā publicēto Roberta Makartura (Robert McArthur) un Edvarda Vilsona (Edward O. Wilson) salu bioģeogrāfijas teoriju, kas vispārīgā formā konceptualizē organismu izmiršanas, migrācijas un kolonizācijas tempus, izmantojot kontinenta salu analoģiju fragmentētu biotopu izpētei.

Amerikāņu biologs Ričards Levinss (Richard Levins) 1969. gadā ieviesta terminu “metapopulācija”, lai apzīmētu kādas populācijas diskrētas apakšgrupas. Viņš arī lika formālo pamatu metapopulāciju dinamikai, izveidojot vienkāršu matemātisko modeli, kas vēlāk tika pilnveidots. Šis modelis bija veidots galvenokārt tādēļ, lai noteiktu līdzsvara punktus starp lokālās izmiršanas tempiem un rekolonizācijas tempiem, raksturojot populāciju kopumā. Somu pētnieks Ilka Hanski (Ilkka Hanski) papildināja šo modeli, integrējot papildus aspektus: biotopa kvalitāti, attālumus starp biotopa plankumiem un to izmēru. 

Metapopulāciju teorija ir kļuvusi par galveno ietvaru, kurā tiek vērtēta telpiskās struktūras ietekme uz populāciju dinamiku, konkrēti – sugu izdzīvošanas varbūtība fragmentētās ainavās.

Nozīmīga diskusija ekoloģijā bija par to, vai daži lielāki biotopa plankumi ir labāki, lai saglabātu populāciju, nekā daudzi mazāki plankumi (tā sauktās SLOSS debates – single large or several small). Diskusijā tika pretstatīti biotopa plankumu izmēra un skaita aspekti metapopulāciju dinamikas kontekstā. Šī zinātniskā debate ir ietekmējusi galvenokārt dabas aizsardzības politiku, konkrēti – aizsargājamo teritoriju veidošanas principus.

Metodes, kas plaši tiek izmantotas populāciju ekoloģijā un ekoloģijā kopumā, ir matemātiskā modelēšana (populāciju lielums, kolonizācijas varbūtība un tamlīdzīgi), telpiskā modelēšana (kuriem biotopiem ir augstāka varbūtība saglabāt metapopulāciju), izmantojot ģeogrāfiskās informācijas sistēmas. Lietišķās ekoloģijas metodes (piemēram, dzīvnieku marķēšana un izsekošana) un ainavu ekoloģijas metodes (telpiskā raksta analīze un modelēšana) sniedz vērtīgu papildus informāciju metapopulāciju dinamikas izpētei.

Metapopulāciju teorija galvenokārt tiek izmantota populāciju ekoloģijā un ainavu ekoloģijā, jo analizē tieši ainavu telpisko struktūru populāciju dinamikas aspektos. Savukārt dabas aizsardzībā tā tiek izmantota politikas veidošanā, aizsargājamo teritoriju plānošanā un aizsardzības pasākumu efektivitātes izvērtēšanā, kā arī prognozēšanā (izmiršana, bioloģiskās invāzijas, ģenētiskā daudzveidība) un simulācijās. Papildus metapopulāciju teorija tiek izmantota arī pētījumos klimata pārmaiņu, bioģeogrāfijas, evolucionārās bioloģijas, epidemioloģijas, vides zinātnes un biotopu atjaunošanas kontekstos.

Metapopulāciju teorija ir ietekmējusi zinātnes vidi un sabiedrību kopumā, paplašinot skatījumu uz populāciju ekoloģiju, ainavu ekoloģiju un dabas aizsardzību. Šī teorija ilustrē, kā, izmantojot modelēšanu, iespējams prognozēt populāciju dinamiku un spēju izdzīvot pat individuālu biotopu līmenī. Tā arī akcentē ģenētiskās daudzveidības nozīmi, lai uzturētu veselīgas populācijas, kā arī ekoloģisko tīklu un biotopu funkcionālās savienotības nozīmi. Metapopulāciju teorija tiek lietota arī epidemioloģijā, pētot patogēnu izplatību. Teorija arī plašākai sabiedrībai ilustrē savienotību dabā un cēloņu un seku sakarības dabas sistēmās, kas ļauj labāk izprast dabas aizsardzības nozīmi.