Unter Limnologie verstehen wir die Lehre der Ökologie von Binnen- oder Süßgewässern, während sich die Ozeanologie mit marinen Ökosystemen befasst. Physikalisch-chemische Eigenschaften von Luft und Wasser hatten einen entscheidenden Einfluss auf die Evolution der dominanten Organismen und ihrer Rollen in Stoffzyklen und Nahrungsnetzen. Wassermoleküle sind bipolar und deshalb ausgezeichnete Lösungsmittel. Ohne Bipolarität hätte Wasser einen Schmelzpunkt von −100 °C und einen Siedepunkt von −80 °C. Wasser gefriert jedoch bei 0 °C, und Eis hat eine geringere Dichte als Wasser. In allen natürlichen Gewässern finden wir gelöste Stoffe. In Süßgewässern dominieren Calciumcarbonate. Von großer Bedeutung sind gelöste Gase, vor allem CO2 und O2, deren Konzentrationen weitgehend durch biologische Aktivitäten bestimmt werden. Wasser absorbiert bevorzugt langwellige Strahlung. Dadurch werden die obersten Wasserschichten erwärmt. Wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit wird eine Erwärmung tieferer Schichten vorwiegend durch Mischung mit warmen, oberen Schichten erreicht (Zirkulation). Verantwortlich dafür ist in erster Linie der Wind. Das Ausmaß der Durchmischung hängt von der Stärke des Winds sowie von Temperaturgradienten des Wassers, Morphometrie und Umgebung des Sees ab. Lebensräume in Seen und Meeren werden in das Pelagial (Freiwasserzone) und das Benthal (Bodenzone) unterteilt. Im Gegensatz zu terrestrischen Ökosystemen, wo strukturell komplexe Pflanzen dominieren, sind in stehenden Gewässern weitgehend frei lebende, mikroskopisch kleine Organismen für die Primärproduktion verantwortlich. Im Pelagial beginnt die klassische Nahrungskette mit dem Phytoplankton, das von Zooplankton gefressen wird, das seinerseits von Prädatoren konsumiert wird. Benthische Nahrungsketten im Litoral der Seen stützen sich vorwiegend auf Detritus von ufernahen Makrophyten, ergänzt durch das Periphyton. In Fließgewässern verhindert die hohe Turbulenz stabile thermale Schichtungen. Stromschnellen und Wasserfälle erhöhen den Kontakt des Wassers mit der Atmosphäre. Anoxische Bedingungen sind deshalb selten. Wenn wir einen Fluss von der Quelle bis zur Meeresmündung verfolgen, ändern sich seine physikalisch-chemischen und biologischen Eigenschaften in voraussagbarer Art und Weise. Sie wurden im River-Continuum-Konzept zusammengefasst