Evolutie kan worden onderscheiden in twee algemene klassen van evolutionaire verandering: micro-evolutie (verandering onder het niveau van de soort) en macro-evolutie (verandering boven het niveau van de soort).
Populatie-ecologen, instandhoudingsbiologen en gedragsecologen houden zich het meest direct bezig met micro-evolutionaire processen. Deze omvatten verschuivingen in de waarden en frequenties van bepaalde kenmerken onder leden van populaties, vaak als gevolg van ecologische processen zoals de verplaatsing van organismen en veranderende milieuomstandigheden, alsmede interacties met leden van verschillende soorten (bijv. predator-prooi interacties, gastheer-parasiet interacties, concurrentie) of dezelfde soort (bijv. seksuele selectie, concurrentie). Deze processen kunnen, maar leiden niet noodzakelijkerwijs, tot de vorming van nieuwe soorten in de loop van de tijd, maar resulteren in fluctuerende frequenties van eigenschappen binnen populaties die de steeds veranderende selectieve druk volgen (Thompson 1998). Aangezien sommige micro-evolutionaire processen zich in slechts enkele generaties kunnen voltrekken, kunnen zij vaak in de natuur of in het laboratorium worden waargenomen.
Een goede illustratie van micro-evolutie in actie is de goed gedocumenteerde neiging van insecten om snel resistentie tegen pesticiden te ontwikkelen (Gassmann et al. 2009). Zo worden in Zuid-Frankrijk in de zomer pesticiden gebruikt om Culexmuggen te bestrijden van de Middellandse Zeekust tot ongeveer 20 km landinwaarts. Bepaalde muggengenen verlenen resistentie tegen de pesticiden maar zijn duur in de afwezigheid van pesticiden (Figuur 2); frequenties van het pesticiden-resistentiegen nemen toe tijdens de zomers in gebieden waar vaak gesproeid wordt, maar nemen niet toe in gebieden waar niet gesproeid wordt. (Lenormand et al. 1999).
Over het algemeen kunnen macroevolutionaire veranderingen niet direct worden waargenomen vanwege de grote tijdschalen die er meestal mee gemoeid zijn, hoewel er in het laboratorium vele gevallen van macroevolutionaire verandering zijn waargenomen (Rice& Hostert 1993). In plaats daarvan neigen studies van macro-evolutie te vertrouwen op gevolgtrekkingen uit fossiel bewijsmateriaal, fylogenetische reconstructie, en extrapolatie van micro-evolutionaire patronen. Vaak ligt de nadruk van macro-evolutionaire studies op soortvorming: het proces waarbij groepen van voorheen met elkaar kruisende organismen niet meer in staat zijn (of niet meer bereid zijn) om succesvol met elkaar te paren en vruchtbare nakomelingen te produceren.
Ecologen kunnen geïnteresseerd zijn in macro-evolutie als een middel om gevolgtrekkingen te maken met betrekking tot hedendaagse ecologische vraagstukken. Wetenschappers die geïnteresseerd zijn in het modelleren van de effecten van de huidige klimaatverandering, bijvoorbeeld, kunnen prehistorische klimatologische gegevens koppelen aan uit fossielen afgeleide patronen van soortvorming en uitsterven om te begrijpen hoe het vandaag de dag met de huidige dier- en plantensoorten gaat en hoe zij het in de toekomst zullen doen. Veel ongewervelde zeedieren (bijv. koralen, slakken, mosselen) bouwen hun schelpen bijvoorbeeld met calciumcarbonaat uit oceaanwater. Wanneer antropogene CO2 zich in de atmosfeer ophoopt, lost een aanzienlijk deel daarvan op in de oceaan, waarbij vrije waterstofionen vrijkomen en de pH-waarde van de oceaan daalt. Deze verzuring van de oceaan vermindert onder andere de hoeveelheid carbonaat die beschikbaar is voor de schelpvormende ongewervelde zeedieren, die er afhankelijk van zijn voor hun calcium-carbonaat omhulsel, waardoor het voor hen moeilijk wordt om hun schelpen te maken en te behouden.
Door gegevens over de pH-waarde van de oceanen van honderden miljoenen jaren geleden te combineren met fossiele gegevens over foramifera (ongewervelde zeedieren die schelpen maken), laten Zachos et al. (2005) zien welke effecten oceaanverzuring heeft gehad op de diversificatie en het uitsterven van ongewervelde zeedieren in het verleden. Op basis van deze gegevens kunnen de huidige patronen van oceaanverzuring worden gemodelleerd en kunnen de effecten ervan op de huidige en toekomstige zeedieren worden voorspeld (bijv. Orr et al. 2005).