生物與環境之間的互動關係是生態學的主要研究範疇。古人很早就注意到生物與周圍環境之間的密切關係。人們在採集和捕獵動植物資源時，也注意到生物的生長地點、分佈區域及其周圍環境。長期近海捕撈海洋生物，使人們逐漸注意到海洋動物與月亮盈虧的關係。觀測物候無疑是人類最早進行的自然探索活動之一。人們開始注意動植物的生長、發育和活動的變化與氣候的關係，包括動物出沒的時間地點、換毛的季節、繁殖的場所、發出某種聲響的意義，及各種植物開花結果的時間，並進一步發現動物出沒、草木生長和枯榮等物候變化具有周期性。不但如此，古人還注意到自然界的其他現象都具有周期性，如颳風的風向變化、下雨的雨量變化、閃電打雷、寒暑往來等，這就是人們最早發現的「自然曆」。
各種動物都有其特定的生存環境，因此不同的生物有不同的分佈區域。為了有效地利用生物資源，古人很早就注意到不同地域間的生物分佈是有差異的。古代的本草著作也經常強調，各地的氣候地理環境的差別，使各地的動植物種類也不一樣。清代《花鏡》的作者陳淏子指出：環境條件存在差異，長出的草木當然不一樣。通常生長在北方的植物耐寒，而生長在南方的植物則耐熱。
地球上各種生物之間的關係是互動的，有時互相競爭，有時卻能相安無事地共同生活。《禹貢》等古老文獻已有「鳥鼠同穴」的記載，是動物共棲的例子。除了共棲外，生物間甚至能形成一種互惠互利的共生關係，如窗貝和小蟹、根瘤菌與豆科植物等；也有一種不平等的寄生關係，寄生動物從寄主身上強取各種營養物質，致使寄主感染各種疾病甚至死亡，如寄生蠅在蠶上寄生，使蠶死亡。《黃帝內經》、《爾雅》等書記載了各種寄生蟲的寄生現象；南北朝時期的藥物學家陶弘景已注意到土蜂將卵寄生在蜘蛛身體中。
古人在農耕牧養的生產活動時，非常講究與自然的協調，也就是適應自然規律，以進行恰當的生產活動，這就是所謂「順天時，盡地利」。古人知道無論是開發農業，還是獲取生物資源，都應該有一定的限度。古代政府除了設置官員管理生物資源外，還訂立法律，保護各種生物資源。據《尚書》記載，堯舜時代，伯益（亦稱伯翳）因認識很多動植物而被任命為管理生物資源的部門首領。「水虞」、「獸虞」、「虞師」等都是古代負責管理生物資源的官員。秦代更有具體的法律條文，以保護森林和生物資源；《呂氏春秋》將保護生物資源的再生能力條文納入「月令」條文。
