Tenendo presente questo, si è definito come popolazione l'insieme di tutti gli individui, appartenenti alla stessa specie, viventi in una data area. Il concetto è applicabile ad ogni tipo di organismo, animale o vegetale: si parla quindi di una particolare popolazione di querce come di una di lupi, o di una di formiche.
Non bisogna pensare alla popolazione come a un concetto statico, non suscettibile di cambiamenti nel tempo, ma considerarla come un insieme dinamico, composto da individui che instaurano fra di loro relazioni reciproche complesse. Allo stesso modo, è necessario tener conto che, in un dato territorio, sono quasi sempre presenti più specie diverse, per cui le caratteristiche di una singola popolazione sono influenzate da quelle di tutte le altre, le quali subiscono a loro volta un controllo da quelle della popolazione presa in esame.

Esistono alcuni parametri, che permettono di definire in termini quantitativi lo stato di una popolazione in un dato momento e il suo evolversi nel tempo; i più importanti sono la densità, la natalità e la mortalità. Per densità si intende il numero di individui per unità di area o di volume. Talvolta la misura della densità è espressa con il concetto di biomassa, peso di sostanza vivente per unità di area o di volume; questo valore dà solo una indicazione generale sul numero effettivo di individui, in quanto, diminuendo le dimensioni del singolo, aumenta la densità a parità di biomassa.
La biomassa è importante in studi che riguardano, ad esempio, i rapporti predatore/predato o la disponibilità di risorse alimentari.

La densità è controllata direttamente dal rapporto fra numero dei nati e numero dei morti, e il suo valore viene mantenuto relativamente costante, se le condizioni ambientali non cambiano; inoltre, ogni sito ambientale ha una determinata capacità di sostentamento nei confronti delle comunità che vi abitano, quindi esercita una limitazione sul numero di individui di ogni specie. Se il valore della densità si discosta significativamente da quello ottimale, la popolazione reagisce con appositi meccanismi, selezionati durante l'evoluzione, che tendono a riportare la densità ai suoi valori iniziali.

I sistemi di controllo della densità sono principalmente di tipo comportamentale: quando, ad esempio, inizia a scarseggiare il cibo per il sovraffollamento di una data area, un gruppo può migrare verso un territorio vicino meno densamente popolato, talvolta in seguito a lotte. Se, nonostante la messa in opera di tali meccanismi, la densità rimane a valori diversi da quelli ottimali, la sopravvivenza della specie nel territorio è messa in serio pericolo, per scarsità di cibo, diffondersi di epidemie o di altri fattori.

I tassi di natalità e mortalità esprimono il numero di individui nati o morti per unità di tempo e sono influenzati da parametri quali la disponibilità di cibo, la fecondità della specie, la presenza o meno di predatori. È importante notare la differenza fra natalità teorica di una popolazione, cioè quella misurata in condizioni ottimali di allevamento (disponibilità illimitata di alimenti, rimozione completa dei rifiuti, assenza di malattie), conosciuta anche come potenziale biologico della specie, e quella misurabile in condizioni naturali di competitività interspecifica ed intraspecifica. La prima ha sempre un valore molto più elevato della seconda.

Anche nel trattare la mortalità bisogna distinguere fra mortalità minima teorica e mortalità attuale in una determinata condizione ambientale. In un sistema ecologico all'equilibrio, natalità e mortalità di ogni specie sono costanti, ed è quindi costante la densità di tutte le popolazioni che compongono la comunità. Gli individui che costituiscono una popolazione assumono, sul territorio, una distribuzione spaziale che è caratteristica della specie, e dipende sia da fattori intrinseci al comportamento sociale, sia da parametri quali la concentrazione del cibo in una determinata area.
La distribuzione può essere casuale, a gruppi compatti o a gruppi poco densi: alcuni animali tendono a vivere isolati, altri si spostano a gruppi (branchi) per facilitare la cattura delle prede o per difendersi in maniera efficiente dai predatori; alcuni alberi ad alto fusto sono distribuiti a gruppi, mentre altri tendono a mantenere una distanza approssimativamente costante.

Esempio tipico di meccanismo comportamentale che porta ad un particolare tipo di distribuzione è il territorialismo, un aspetto della competitività intraspecifica che consiste nella difesa, da parte di un singolo o di un gruppo, dell'area che occupa nei confronti dell'influenza di altri individui o gruppi appartenenti alla stessa specie. I codici di comportamento che determinano l'ampiezza del territorio, la sua difesa e la supremazia di un gruppo sull'altro sono estremamente complessi e indicano la presenza di sistemi di comunicazione molto sofisticati, anche se a livello puramente istintuale. Il ramo dell'ecologia che si occupa del comportamento degli animali e dei loro sistemi di comunicazione è l'etologia. Abbiamo già accennato al carattere dinamico del concetto di popolazione.

Le sue dimensioni, ad esempio, possono variare nel tempo in relazione a cambiamenti sopravvenuti nell'ambiente; si verificano quindi fenomeni di espansione, di migrazione, di ridimensionamento. Per studiare la dinamica delle popolazioni si ricorre spesso a strumenti teorici consistenti in modelli matematici, che possono anche tenere conto dei fattori ambientali che allontanano le condizioni ideali da quelle presenti in natura. La colonizzazione di un territorio da parte di una specie può, nella maggior parte dei casi, essere approssimata a un modello che prevede un lento aumento iniziale della densità, una fase di rapido incremento e una fase di stabilizzazione del numero degli individui attorno a un determinato valore.

Riportando su un grafico la densità della popolazione e il tempo, ponendo come tempo zero il momento in cui la specie inizia la colonizzazione, si ottiene una curva simile ad una «S», il cui valore più elevato rappresenta la densità ottimale della specie in quel determinato ambiente. Mentre i valori numerici cambiano da caso a caso, l'aspetto generale della curva è lo stesso per tutte le situazioni di colonizzazione.

Metodi matematici come quello appena descritto sono utilizzati molto spesso nello studio quantitativo delle caratteristiche di una popolazione. Poiché è generalmente impossibile, in pratica, considerare tutti gli individui, soprattutto se gli studi sono condotti nell'ambiente naturale dove vive la specie, si ricorre alla raccolta dei dati con sistemi statistici, che forniscono approssimazioni molto attendibili. Ad esempio, se si vuole conoscere l’entità della dispersione di una popolazione in un determinato periodo di tempo, si ricorre al sistema della marcatura. Si catturano un certo numero di esemplari in un area precisa, li si marca e li si lascia liberi nuovamente. Trascorso il tempo desiderato, si cattura un numero di esemplari e, dal confronto fra i dati ottenuti, si può risalire statisticamente all'entità della dispersione.