In der Biologie bezieht sich der Begriff Art auf alle Organismen derselben Art, die unter natürlichen Bedingungen potenziell in der Lage sind, sich fortzupflanzen und fruchtbare Nachkommen zu erzeugen. Die Mitglieder einer Art, die zur gleichen Zeit in einem bestimmten Gebiet leben, bilden eine Population. Alle Populationen, die in einem bestimmten geografischen Gebiet leben und miteinander interagieren, bilden eine biologische (oder biotische) Gemeinschaft. Die lebenden Organismen in einer Gemeinschaft bilden zusammen mit ihrer unbelebten oder abiotischen Umwelt ein Ökosystem. Theoretisch kann ein Ökosystem (und die biologische Gemeinschaft, die seine lebende Komponente bildet) so klein sein wie ein paar Mückenlarven, die in einer Regenpfütze leben, oder so groß wie eine Prärie, die sich über Tausende von Kilometern erstreckt.
Eine sehr große, allgemeine biotische Gemeinschaft wie der boreale Wald wird als Biom bezeichnet.
Es ist jedoch oft schwierig zu definieren, wo eine Gemeinschaft oder ein Ökosystem aufhört und ein anderes beginnt. Organismen können einen Teil ihres Lebens in einem Gebiet und einen Teil in einem anderen verbringen. Wasser, Nährstoffe, Sedimente und andere abiotische Faktoren werden durch geologische Kräfte und wandernde Organismen von Ort zu Ort getragen. Auch wenn es den Anschein hat, dass sich beispielsweise ein See und das ihn umgebende trockene Land in ihren Umweltbedingungen und Lebensgemeinschaften deutlich voneinander unterscheiden, kann es zu einem regen Austausch von Materialien und Organismen zwischen den beiden Gebieten kommen. Insekten fallen in den See und werden von Fischen gefressen. Amphibien verlassen den See, um an den Ufern zu jagen. Der Boden erodiert vom Land und düngt das Wasser. Von der Seeoberfläche verdunstetes Wasser fällt als Regen auf das Land zurück und nährt die Pflanzenwelt. Jede Lebensgemeinschaft benötigt einen mehr oder weniger konstanten Energiezufluss, um die Lebensprozesse aufrechtzuerhalten.
Es gibt mehrere wichtige ökologische Kategorien und Prozesse, die jede Lebensgemeinschaft charakterisieren. Die Produktivität beschreibt die Menge an Biomasse, die von grünen Pflanzen produziert wird, wenn sie Sonnenlicht einfangen und neue organische Verbindungen bilden. Ein tropischer Regenwald oder ein Maisfeld im Mittleren Westen kann eine sehr hohe Produktivität aufweisen, während Wüsten und arktische Tundren eher unproduktiv sind. Trophische Ebenen beschreiben die Methoden, die von den Mitgliedern der biologischen Gemeinschaft zur Nahrungsbeschaffung verwendet werden. Primärproduzenten sind grüne Pflanzen, die sich durch Photosynthese ernähren. Primärkonsumenten sind die Pflanzenfresser, die sich von Pflanzen ernähren. Sekundärkonsumenten sind die Fleischfresser, die sich von Pflanzenfressern ernähren. Top-Fleischfresser sind große, wilde Tiere, die die höchste Stufe in der Nahrungskette oder im Nahrungsnetz einnehmen. Niemand frisst die Top-Fleischfresser außer den Aasfressern (wie Geier und Hyänen) und den Zersetzern (wie Pilze und Bakterien), die tote Organismen verzehren und ihre Körper wieder in die abiotische Komponente des Ökosystems zurückführen. Aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik steht ein Großteil der Energie auf jeder trophischen Ebene den Organismen der nächsthöheren Ebene nicht zur Verfügung. Das bedeutet, dass jede nachfolgende trophische Ebene im Allgemeinen viel weniger Mitglieder hat als die Beute, von der sie sich ernährt. Während es in einer bestimmten Gemeinschaft Tausende von Primärproduzenten geben kann, gibt es vielleicht nur einige wenige Spitzenprädatoren.
Die Häufigkeit ist ein Ausdruck für die Gesamtzahl der Organismen in einer biologischen Gemeinschaft, während die Vielfalt ein Maß für die Anzahl der verschiedenen Arten in dieser Gemeinschaft ist. In der arktischen Tundra Alaskas gibt es während der kurzen Vegetationsperiode im Sommer riesige Wolken von Insekten, riesige Schwärme von Zugvögeln und große Herden einiger weniger Säugetierarten. Sie weist also eine große Fülle, aber eine sehr geringe Vielfalt auf. Im tropischen Regenwald hingegen können auf nur wenigen Hektar mehrere tausend verschiedene Baumarten und eine noch größere Anzahl von Insektenarten vorkommen, aber nur wenige Individuen jeder dieser Arten in diesem Gebiet. Der Wald könnte also eine extrem hohe Vielfalt, aber eine geringe Abundanz einer bestimmten Art aufweisen. Komplexität ist eine Beschreibung der Vielfalt ökologischer Prozesse oder der Anzahl ökologischer Nischen (Lebensmöglichkeiten) innerhalb einer biologischen Gemeinschaft. Der tropische Regenwald ist wahrscheinlich sehr komplex, während die arktische Tundra eine relativ geringe Komplexität aufweist.
Biologische Gemeinschaften durchlaufen im Allgemeinen im Laufe der Zeit eine Reihe von Entwicklungsänderungen, die als Sukzession bezeichnet werden. Die ersten Arten, die eine neu freigelegte Landoberfläche besiedeln, werden beispielsweise als Pioniere bezeichnet. Organismen wie Flechten, Gräser und unkrautartige Blütenpflanzen mit einer hohen Toleranz gegenüber rauen Bedingungen gehören in der Regel zu dieser Kategorie. Im Laufe der Zeit lagern die Pioniere Sedimente ab, bauen Boden auf und halten Feuchtigkeit zurück. Sie bieten Schutz und schaffen Bedingungen, die es anderen Arten wie Sträuchern und kleinen Bäumen ermöglichen, Wurzeln zu schlagen und zu gedeihen. Größere Pflanzen reichern den Boden schneller an als Pionierarten. Außerdem bieten sie Schatten, Schutz, höhere Luftfeuchtigkeit, Schutz vor Sonne und Wind und Lebensraum für Organismen, die auf offenem Boden nicht überleben könnten. Diese Sukzessionsprozesse führen schließlich zu einer Gemeinschaft, die sich stark von derjenigen unterscheidet, die von den ursprünglichen Pionieren geschaffen wurde, von denen die meisten gezwungen sind, auf andere, neu gestörte Flächen umzuziehen. Früher ging man davon aus, dass es in jedem Gebiet eine Klimagemeinschaft gibt, z. B. einen Eichenwald oder ein Präriegrasland, die durch das Klima, die Topografie und die Mineralienzusammensetzung bestimmt werden. Man glaubte, dass sich jede Lebensgemeinschaft, wenn sie genügend Zeit hat und nicht gestört wird, unweigerlich zu ihrem Höhepunkt entwickeln würde. Heute weiß man jedoch, dass einige Ökosysteme ständig Störungen ausgesetzt sind. Bestimmte biologische Assemblagen wie Nadelwälder, die wir einst für stabile Klimagemeinschaften hielten, erkennen wir heute als zufällige Assoziationen in einem sich ständig verändernden Mosaik regelmäßig gestörter und sich ständig wandelnder Landschaften.
Viele biologische Gemeinschaften sind über lange Zeiträume hinweg relativ stabil und können vielen Arten von Störungen und Veränderungen widerstehen. Ein Eichenwald zum Beispiel bleibt in der Regel ein Eichenwald, weil die Arten, aus denen er besteht, über Mechanismen verfügen, die sich selbst aufrechterhalten. Wenn ein Baum fällt, wachsen andere nach, um ihn zu ersetzen. Die Fähigkeit, Schäden zu reparieren und Veränderungen zu widerstehen, wird als „Resilienz“ bezeichnet. Seit vielen Jahren gibt es eine anhaltende Debatte zwischen theoretischen und praktischen Ökologen darüber, ob Komplexität und Vielfalt in einer biologischen Gemeinschaft die Widerstandsfähigkeit erhöhen. Theoretische Modelle legen nahe, dass eine Population von einigen wenigen sehr widerstandsfähigen, unkrautartigen Arten wie Löwenzahn und Buchsbaumzünsler widerstandsfähiger gegen Veränderungen sein könnte als eine hochspezialisierte und vielfältigere Gemeinschaft wie ein tropischer Wald. Jüngste empirische Belege deuten darauf hin, dass zumindest in einigen Gemeinschaften, wie z. B. in Prärien, eine größere Vielfalt zu einer größeren Widerstandsfähigkeit gegenüber Veränderungen und einer besseren Fähigkeit führt, Schäden nach Stress oder Störungen zu beheben.