Die zentrale Aufgabe in diesem Kompetenzfeld ist die Erforschung der Funktionen von Ökosystemen und deren Biodiversität sowie physiogeografischer Unterschiedlichkeit sowie die Entwicklung von Konzepten zu deren Erhalt, Wiederherstellung und nachhaltiger Bewirtschaftung. Im Mittelpunkt der Forschung stehen ökologische Prozesse und deren Dynamik sowie die Wechselwirkungen zwischen Geosphäre, Hydrosphäre, Atmo­sphäre und Biosphäre. 

Das Verständnis von Stoffkreisläufen und der zugrunde liegenden abiotischen und biotischen Interaktionen sowie von Rückkopplungseffekten zwischen Ökosystemen und Klima bildet die Grundlage für eine nachhaltige Forst- und Landwirtschaft, Bodenschutz, Gewässerschutz und -management, Schutz vor Naturgefahren, Wildtiermanagement, Land- und Ressourcennutzung sowie naturbasierte Lösungen zur Erhaltung, Verbesserung und Wiederherstellung von Ökosystemen und deren Leistungen. 

Künftige Schwerpunkte betreffen die Erforschung der Auswirkungen des Klimawandels auf Ökosysteme und Ökosystemdienstleistungen und von Rückkopplungseffekten zwischen Ökosystemen und Klima. Dabei spielt die Entwicklung von Anpassungsoptionen und resilienten Systemen zur Sicherung der natürlichen Ressourcen und deren nachhaltige Nutzung eine zentrale Rolle. Weitere Forschungsschwerpunkte umfassen die soziale, ökologische und geoorientierte Langzeitforschung, die Erforschung und Förderung der Biodiversität und Bodengesundheit in Agrarsystemen, Waldsystemen, naturnahen Ökosystemen, urban geprägten Ökosystemen und Binnengewässern sowie DNA-basierte Ansätze und Digitalisierungsvorhaben im Sinne kontinuierlicher Erfassung und Analyse von Daten als Basis für Ökosystemmodellierung und Klimafolgenforschung.