族群生態學是理解生物多樣性格局和保育策略的理論基礎，整合了數學建模、遺傳學和實地生態學。
結構化族群模型
Leslie 矩陣模型考慮年齡結構：N(t+1) = L·N(t)，其中 L 為 Leslie 矩陣，第一行為各年齡類的繁殖力（fecundity），次對角線為存活率（survival probability）。矩陣的主特徵值 λ₁ 決定漸近增長率（λ₁ > 1 增長），對應的特徵向量為穩定年齡分布。敏感度分析（sensitivity analysis）和彈性分析（elasticity analysis）量化各生命表參數對 λ 的相對貢獻——對保育物種管理有直接應用。Lefkovitch 矩陣將年齡類擴展為大小/階段類。
空間族群動態——Metapopulation 理論
Levins（1969）提出集合族群（metapopulation）模型：dp/dt = cp(1-p) - ep，其中 p = 占用斑塊比例，c = 殖民率，e = 滅絕率。平衡時 p* = 1 - e/c。Hanski（1991）的棲地面積-隔離模型（incidence function model）考慮斑塊面積（影響滅絕率）和隔離度（影響殖民率），成功預測了芬蘭 Åland 群島的 Glanville fritillary 蝴蝶集合族群動態。
Source-sink 動態（Pulliam, 1988）：源棲地（出生 > 死亡）產生的遷出個體維持匯棲地（出生 < 死亡）的族群。外觀上匯棲地可能密度很高（ecological trap），但實際依賴移入維持。
族群存活力分析（PVA）
PVA 利用人口統計和環境隨機性模擬族群未來走向。Shaffer（1981）提出 MVP（最小可存活族群）概念。隨機性來源包括：人口統計隨機性（小族群中的出生/死亡隨機波動）、環境隨機性（年間環境變異）、遺傳隨機性（漂變和近親衰退）和災難事件。Reed et al.（2003）的薈萃分析發現 MVP 通常在 1000-5000 個體間，遠高於早期的「50/500 規則」（避免近親衰退 50 個體 / 避免遺傳漂變 500 個體——Frankham et al. 修正為 100/1000）。
密度依賴的機制與 Allee effect
負密度依賴（carrying capacity 的基礎）可由直接機制（資源競爭、領域行為）和間接機制（疾病、寄生蟲）驅動。正密度依賴（Allee effect）分為強 Allee effect（存在臨界閾值，低於則趨向滅絕）和弱 Allee effect（低密度時增長率降低但仍正值）。Allee effect 在保育中的重要性：如 passenger pigeon 的滅絕可能部分歸因於強 Allee effect——當族群被獵至低於閾值後，即使停止獵殺也無法恢復。Courchamp et al.（1999）的模型框架和 Berec et al.（2007）的實證綜述是此領域的重要文獻。