Один из первых микроскопистов голландец Антони ван Левенгук (1632-1723), достигший совершенства в искусстве шлифования оптических стекол, получил линзы, позволившие получить почти трехсоткратное увеличение наблюдаемых объектов. На их основе он создал прибор оригинальной конструкции, при помощи которого изучил не только строение насекомых, простейших организмов, грибов, бактерий и клеток крови, но и пищевые цепи, регулирование численности популяций, которые впоследствии стали важнейшими разделами экологии. Исследования Левенгука фактически положили начало научному исследованию неведомого до тех пор живого микромира, этого неотъемлемого компонента среды обитания людей.
Французский натуралист Жорж Бюффон (1707-1788), автор 36-томной «Естественной истории», высказывал мысли о единстве животного и растительного мира, об их жизнедеятельности, распространении и связи со средой обитания, отстаивал идею изменяемости видов под влиянием условий среды. Он обратил внимание современников на поразительное сходство в строении тела человека и обезьяны. Однако, опасаясь обвинений в ереси со стороны католической церкви, Бюффон вынужден был воздержаться от высказываний относительно их возможного «родства» и происхождения от единого предка.
Значительным вкладом в дело формирования истинного представления о месте человека в природе стало составление шведским естествоиспытателем Карлом Линнеем (1707-1778) системы классификации растительного и животного мира, по которой человек включался в систему животного царства и относился к классу млекопитающих, отряду приматов, в результате человеческий вид получил название Homo sapiens.
Крупным событием XVIII в. стало появление эволюционной концепции французского естествоиспытателя Жана Батиста Ла-марка (1744-1829), согласно которой главной причиной развития организмов от низших форм к высшим является присущее живой природе стремление к совершенствованию организации, а также влияние на них различных внешних условий. Изменение внешних условий меняет потребности организмов; в ответ на это возникают новые виды деятельности и новые привычки; их действие, в свою очередь, изменяет организацию, морфологию рассматриваемого существа; приобретенные таким образом новые признаки наследуются потомками. Ламарк считал, что данная схема справедлива и по отношению к человеку.
Определенное влияние на развитие экологических представлений современников и последующее развитие научной мысли оказали идеи английского священника, экономиста и демографа Томаса Роберта Мальтуса (1766-1834). Им был сформулирован так называемый «закон народонаселения», согласно которому народонаселение увеличивается в геометрической прогрессии, тогда как средства к существованию (прежде всего пища) могут увеличиваться лишь в арифметической прогрессии. С неизбежно возникающим при таком развитии событий перенаселением Мальтус предлагал бороться при помощи регламентации браков и ограничения рождаемости. Он также призывал всячески «способствовать действиям природы, вызывающим смертность...»: перенаселять дома, делать в городах узкие улицы, создавая тем самым благоприятные условия для распространения смертельных болезней (таких, как чума). Взгляды Мальтуса были подвергнуты суровой критике еще при жизни их автора не только за их антигуманность, но и за умозрительность.
Экологическое направление в географии растений на протяжении всей первой половины XIX в. развивал немецкий естествоиспытатель-энциклопедист, географ и путешественник Александр Фридрих Вильгельм Гумбольдт (1769-1859). Он подробно изучил особенности климата в различных районах Северного полушария и составил карту его изотерм, обнаружил связь между климатом и характером растительности, предпринял попытку выделения на этой основе ботанико-географических областей (фитоценозов).
Особую роль в становлении экологии сыграли труды английского естествоиспытателя Чарлза Дарвина (1809-1882), создавшего теорию происхождения видов путем естественного отбора. К числу важнейших проблем экологии, исследованных Дарвином, принадлежит проблема борьбы за существование, в которой согласно предложенной концепции выигрывает отнюдь не сильнейший вид, а тот, который сумел лучше приспособиться к специфическим обстоятельствам жизни. Он обратил особое внимание на влияние образа жизни, условий существования и межвидовых взаимодействий на их морфологию и поведение.
В 1866 г. немецкий зоолог-эволюционист Эрнст Геккель (1834-1919) в своей работе «Общая морфология организмов» предложил весь круг вопросов, связанных с проблемой борьбы за существование и влияния на живые существа комплекса физических и биотических условий, назвать термином «экология». В своей речи «О пути развития и задаче зоологии», произнесенной в 1869 г., Геккель определил предмет новой отрасли знания следующим образом: «Под экологией мы подразумеваем науку об экономии, домашнем быте животных организмов. Она исследует общие отношения животных как к их неорганической, так и к их органической среде, их дружественные и враждебные отношения к другим животным и растениям, с которыми они вступают в прямые или непрямые контакты, или, одним словом, все те запутанные взаимоотношения, которые Дарвин условно обозначил как борьбу за существование». Следует отметить, однако, что предложение Геккеля несколько опередило его время: прошло более полувека, прежде чем слово «экология» прочно вошло в научный обиход как обозначение новой самостоятельной отрасли научного знания.
В течение второй половины XIX в. сложилось несколько крупных, относительно автономно развивающихся направлений экологических исследований, своеобразие каждого из которых определялось наличием у него специфического объекта изучения. К таковым с известной долей условности можно отнести экологию растений, экологию животных, экологию человека и геоэкологию.
Экология растений формировалась на базе сразу двух ботанических дисциплин - фитогеографии и физиологии растений. Соответственно основное внимание в рамках этого направления уделялось раскрытию закономерностей распределения различных видов растений по поверхности Земли, выявлению возможностей и механизмов их приспособления к конкретным условиям произрастания, изучению особенностей питания растений и др. Существенный вклад в развитие этого направления во второй половине XIX столетия внесли немецкие ученые - ботаник А. А. Гризенбах, агрохимик Ю.Либих, физиолог растений Ю.Сакс, русский химик и агрохимик Д. И. Менделеев и др.
Исследования в рамках экологии животных также велись по нескольким основным направлениям: выявлялись закономерности расселения конкретных видов по поверхности планеты, выяснялись причины, способы и пути их миграции, изучались пищевые цепи, особенности меж- и внутривидовых взаимоотношений, возможности их использования в интересах человека и др. Разработкой этих и ряда других направлений занимались американские исследователи - зоолог С.Форбс и энтомолог Ч.Ренли, датский зоолог О. Ф. Мюллер, русские исследователи - палеонтолог В. А. Ковалевский, зоологи К.М.Бэр, А. Ф. Миддендорф и К.Ф.Рулье, натуралист А. А. Силантьев, зоогеограф Н. А. Северцов и др.
Проблематика экологии человека разрабатывалась преимущественно в связи с изучением экологических аспектов человеческой эволюции и исследованиями в области медицинской эпидемиологии и иммунологии. Первое направление исследований в рассматриваемый период представляли английские биологи-эволюционисты Ч.Дарвин и Т.Гексли, английский философ, социолог и психолог Г. Спенсер, немецкий естествоиспытатель К. Фогт и некоторые другие исследователи, второе направление - микробиологи, эпидемиологи и иммунологи Э.Беринг, Р.Кох, И.И.Мечников, Л. Пастер, Г. Риккетс, П. П. Э. Ру, П. Эрлих и др.
Геоэкология возникла на стыке двух крупнейших наук о земле -географии и геологии, а также биологии. Наибольший интерес у исследователей на заре развития этой отрасли экологии вызывали проблемы организации и развития ландшафтных комплексов, влияния геологических процессов на живые организмы и человека, строения, биохимического состава и особенностей формирования почвенного покрова Земли и др. Значительный вклад в развитие этого направления внесли немецкие географы А. Гумбольдт и К.Риттер, русский почвовед В.В.Докучаев, русский географ и ботаник А.Н.Краснов и др.
Исследования, проводимые в рамках перечисленных выше направлений, заложили основу для выделения их в самостоятельные отрасли научного знания. В 1910 г. в Брюсселе состоялся Международный ботанический конгресс, на котором в качестве самостоятельной ботанической дисциплины была выделена экология растений - биологическая наука, изучающая взаимосвязи живого организма и окружающей его среды.