水域生態學整合物理海洋學/陸水學、生物地球化學與群落生態學，是全球碳循環與生物多樣性研究的關鍵領域。
湖泊生態系統生態學
Lindeman（1942, Ecology 23:399）在 Cedar Bog Lake 的經典研究奠定了營養動態（trophic-dynamic）概念，首次量化能量在營養層級間的傳遞效率。現代湖泊研究以 Schindler 的全湖營養實驗（Schindler, 1977, Science 195:260）為里程碑——加拿大 ELA（Experimental Lakes Area）的磷添加實驗直接證明磷是淡水優養化的主要限制因子，此結果直接推動了洗衣精除磷政策。
熱分層的物理驅動可用 Lake Number（LN）和 Wedderburn Number（W）量化穩定性。氣候暖化延長分層期、加深溫躍層（Kraemer et al., 2015, Global Change Biology 21:4350），導致深水層缺氧加劇、甲烷排放增加。
河流生態
RCC（Vannote et al., 1980, Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 37:130）後，Ward & Stanford（1983）提出序列不連續概念（Serial Discontinuity Concept）——水壩中斷了 RCC 預測的連續梯度。Junk et al.（1989）的洪泛脈衝概念（Flood Pulse Concept）則強調大河的側向連結性（lateral connectivity）與洪泛平原的生態功能。這三大概念互補，構成河流生態的理論骨架。
海洋生態前沿
(1) 海洋微生物生態學革命：Prochlorococcus（地球上數量最多的光合生物，~10²⁷ 細胞）由 Chisholm et al.（1992, Nature 355:720）發現，徹底改變了海洋初級生產力的認知。宏基因體學（metagenomics，如 Tara Oceans 計畫, Sunagawa et al., 2015, Science 348:1261359）揭示海洋微生物多樣性遠超預期。
(2) **中層水（mesopelagic zone, 200–1,000 m）**的生物量與碳循環被嚴重低估——Irigoien et al.（2014, Nature Communications 5:3271）以聲學估算中層魚類生物量可能達 10 Gt，約為先前估計的 10 倍，其日垂直遷移（diel vertical migration, DVM）是全球最大的動物遷移，每日將碳從表層輸送至深層。
(3) 深海生態：礦業公司計畫開採深海多金屬結核（Clarion-Clipperton Zone），引發生態衝擊疑慮——深海底棲群落恢復時間可達數十年至數百年（Jones et al., 2017, Scientific Reports 7:41013），國際海底管理局（ISA）正制定開採規範。
淡水生物多樣性危機
淡水僅佔地球水量 0.01%，卻承載了約 1/3 的脊椎動物物種。WWF Living Planet Report 2022 顯示淡水脊椎動物族群自 1970 年以來下降 83%——遠高於陸域和海洋。主因為棲地劣化、水壩、過度捕撈、汙染與入侵種。