Ekologija se od osnivanja Instituta 1947. god. neguje i razvija kao poseban istraživački pravac. Odeljenje za ekologiju objedinjuje najznačajnija saznanja stečena u kompleksnim i stacionarnim istraživanjima ekosistemskog karaktera. Stečena iskustva su rezultat rada fitoekologa i zooekologa koji su dugi niz godina bili organizovani u četiri odeljenja instituta (Odeljenje za fiziološku i biohemijsku ekologiju biljaka, Odeljenje za fitoekologiju, Odeljenje za zooekologiju i Odeljenje za entomologiju). Osnivači čijom su se zaslugom i angažovanjem razvijale pojedine oblasti su prvenstveno akademik Siniša Stanković, zatim prof. Milorad Janković, dr Vojislav Mišić i prof. Maksim Todorović. Odeljenje za ekologiju danas čine istraživači svrstani u dve grupe: ekologija biljaka i ekologija životinja.

Naučna istraživanja koja se danas realizuju u Odeljenju predstavljaju kontinuitet u ekološkim istraživanjima od osnivanja instituta do danas. Fitoekološka i zooekološka istraživanja, koja su se nekada odvijala u okviru više odeljenja, danas se realizuju u okviru Odeljenju za ekologiju.

Fitoekološka istraživanja integrišu ekofiziološka istraživanja biljaka i istraživanje biološkog diverziteta. Ekofiziološka proučavanja fokusirana su na: definisanje limitirajućih faktora životne sredine; analizu morfološkog, anatomskog, fiziološkog, biohemijskog i molekularnog odgovora biljnih vrsta na antropogeno-indukovanu degradaciju staništa; identifikaciju biljnih vrsta koje svojim ekofiziološkim adaptacijama i alelopatskim interakcijama odražavaju promene u kvalitetu životne sredine; i na procenu njihovog ekofiziološkog potencijala da u antropogeno izmenjenim uslovima opstanu. Istraživanja se koncentrišu na definisanje ekološki baziranih principa za neutralisanje, ili smanjenje poremećaja u funkcionisanju ekosistema i obnavljanje biodiverziteta antropogeno narušenih predela. Istraživanjima su obuhvaćeni različiti tipovi narušenih staništa: devastirani šumski ekosistemi, urbane i riparijalne zone opterećene polutantima, deponije pepela i šljake termoelektrana, kao i različiti tipovi prirodnih staništa. Kao model-organizmi koriste se autohtone i alohtone biljne vrste (indikatori), koje na reprezentativan način karakterišu određeno stanište, ili određenu antropogenu aktivnost. Ispitivanja integrišu terenska (in vivo i in situ) istraživanja i laboratorijska merenja i analize. Koriste se različite tehnike: indukovana fluorescencija hlorofila, spektrofotometrijske i spektrometrijske analize, svetlosna i SEM mikroskopija, različite analitičke hemijske, biohemijske i molekularne tehnike u kombinaciji sa multivarijacionim metodama i modelovanjem adaptivnog odgovora biljaka na antropogene poremećaje u ekosistemima. Rezultati ovih istraživanja primenjuju se u analizi uticaja i posledica efekata antropogene degradacije staništa na biodiverzitet i funkcionisanje ekosistema. Osim fundamentalnog, navedena istraživanja imaju i aplikativan karakter, usmeren u pravcu ekologije obnavljanja. U tom smislu testiraju se različiti pristupi i tehnike, s ciljem definisanja optimalnog modela koji može efikasno pomoći u obnavljanju biodiverziteta različitih i u različitom stepenu narušenih terestričnih ekosistema.

Sadašnja fitoekološka istraživanja usmerena su i na istraživanja šumskih populacija koje svojim prisustvom, genetičkom strukturom, fiziološkim, morfološkim i reproduktivnim svojstvima otkrivaju istoriju vegetacije i adaptivni potencijal lokalnih populacija da opstanu u nepovoljnim uslovima životne sredine. Istraživanja se fokusiraju na predstavnike šumske flore u zaštićenim ekosistemima (u refugijumima, klisurama, kanjonskim dolinama i planinskim masivima) i najosetljivijim delovima ekosistema (na ivicama šumskih pojasa), kao i na otkrivanje toka migracije vrsta u davnoj prošlosti i njeno predviđanje u skoroj budućnosti. Rezultati proučavanja reliktnih, endemičnih, ugroženih, ekonomski važnih (ili potencijalno važnih) šumskih vrsta našeg dela Balkanskog poluostrva predstavljaju naučnu osnovu za očuvanje i zaštitu biodiverziteta i direktna su podrška sprovođenju međunarodnih obaveza o zaštiti biodiverziteta šumskih ekosistema i ugroženih vrsta.

U cilju sagledavanja interaktivnosti i međuzavisnosti geološke podloge, zemljišta, klime, biodiverziteta i lokalnog stanovništva sprovode se i etnobotanička istraživanja koja olakšavaju procenu ekonomskog značaja prirodnih staništa. Ova su istraživanja usmerena pre svega ka očuvanju prirodnih resursa, zaštiti etnobotaničkog materijala i biološke raznovrsnosti predela.

Zooekološka istraživanja usmerena su na ispitivanja delovanja abiotičkih (polutanata) i biotičkih (ekto i endoparazita i mikroorganizama) faktora na imunski sistem mišolikih glodara koji je zbog svoje visoke složenosti osetljiv na različite uticaje iz spoljašnje sredine. Ova istraživanja se sprovode kod vrste Ratus norvegicus koja se smatra prirodnim imunobiološkim modelom za ispitivanje odbrambenih mehanizama. Istražuje se uticaj polutanata (kadmijuma), ili rodenticida (varfarin) na imunski sistem različitih sojeva laboratorijskih populacija i populacija iz prirode R. norvegicus, analizom ćelijskih i molekulskih mehanizama imunomodulatornog (proinflamatornog i imunosupresivnog) kapaciteta u bazalnim uslovima imunske funkcije. Takođe, istraživanja su usmerena na indukcije imunskog odgovora, posebno imunskog odgovora na rezistenciju oportunističkkih mikroorganizama kao što je gljiva Aspergillus fumigatus. Istraživanja mehanizama rezistencije na varfarin kod prirodnih populacija mišolikih glodara, sprovode se ispitivanjem i analizom imunomodulatornog potencijala na ovaj rodenticid.

Zooekološka istraživanja usmerena su i na proučavanje ornitofaune: na određivanje njihovog kvalitativnog i kvantitativnog sastava na različitim staništima, određivanje najmanje površine staništa neophodnog za očuvanje ptica i home-range ugroženih vrsta, monitoringa indikatorskih vrsta ili grupa vrsta u sklopu praćenja narušavanja prirodnih staništa i globalnih klimatskih promena, izdvajanje centara biodiverziteta i njihovo povezivanje koridorima između fragmentisanih staništa, cenzus i demografska praćenja ugroženih vrsta (prvenstveno supa Gyps fulvus), konzervaciju biodiverziteta, konzervacionu ekologiju i reintrodukciju na Balkansko poluostrvo, uspostavljanje monitoringa ugroženih i značajnih vrsta ornitofaune.