Kvartérní paleoekologie spojuje ekologii s dalšími disciplínami (archeologií, klimatologií, geologií) na různých časových škálách. Zkoumá procesy, které leží za hranicí možnosti přímého pozorování a experimentů. Studuje dynamiku prostředí a ekosystémů, sukcesi způsobenou přirozenou nebo antropogenní disturbancí (klima, oheň a lidský vliv). Zároveň se snaží dosáhnout co největšího časového rozlišení a spojovat výsledky s moderními procesy. Nástroji paleoekologie jsou měřená data (tzv. proxy data) zpravidla z různých stratifikovaných sedimentů (jezerní sedimenty, rašeliniště, antropogenní sedimenty), která se získávají různými biologickými metodami, jako je analýza zbytků organismů (rostlinných makrozbytků, pylu, uhlíků, řas, pakomárů, ulit měkkýšů), analýzou chemických prvků, poměrů jejich izotopů. Datování se provádí pomocí měření poločasu rozpadu některých radioaktivních prvků (zejména uhlíku) a absolutním počítáním vrstvených sedimentů. Získaná data vždy vypovídají pouze o určité části skutečnosti. Důležitá je proto jejich správná interpretace.