類比自然生態系統中物質能量轉換原理並運用系統工程技術去分析、設計、規劃和調整人工生態系統的結構要素、工藝流程、資訊回饋關係及控制機構，以獲得盡可能大的經濟效益和生態效益的一門學科。它是建立在生物工藝、物理工藝及化學工藝基礎上的一門系統工藝學。
在生態系統演替過程中，有兩種基本功能在起著重要作用：一是通過生物或子系統間相互協調形成的合作共存、互補互惠的共生功能；另一個是以多層營養結構為基礎的物質轉化、分解、富集和迴圈再生功功能。這兩種功能的強弱決定瞭生態系統的興衰及其穩定性。生態系統動態過程中，通常包含復雜的物理作用、化學作用和生物作用；其中生物起著傳遞者、觸媒乃至建造者的作用。生物在長期演化和適應過程中，不僅建立瞭相互依賴和制約的食物鏈聯系，而且由於生活習性的演化形成瞭明確的分工，分級利用自然提供各種資源。正是由於這種原因，有限的空間內才能養育如此眾多的生物種類，並可保持相對穩定狀態和物質的持續利用。把自然生態系統中這種高經濟效能的結構原理應用到人工生態系統中，設計和改造工農業生產工藝結構，促進系統組分間的再生和共生關系，疏通物質能量流通渠道，開拓資源利用的深度及廣度，減少對外部“源”和“匯”的依賴性，促進環境和經濟持續穩定發展，是生態工程的基本目標。近年來，我國城鄉建設中出現瞭各種不同類型的生態工程雛形，如：
① 物質能量的多層利用工程：模擬不同種類生物群落的共生關系，包含分級利用和各取所需的生物結構，如利用秸稈生產食用菌和蚯蚓生態工程設計。秸稈經過糖化過程制成傢畜喜食的飼料，再用傢畜排泄物及殘渣來培養食用菌；生產食用菌後的殘餘菌床又可用以繁殖蚯蚓，或與無毒有機廢物及生活污水混合以生產沼氣；最後把利用後的殘物返回農田，這樣就可以分級地充分利用其中的能量。這種分級利用的工藝不但可生產食用菌和蚯蚓及沼氣，還可以充分發揮秸稈的肥效。
② 桑基魚塘的水陸交互補償工程：桑基魚塘（或蔗基魚塘）是中國廣東農傢行之有效的多目標生產措施。桑樹通過光合作用生成有機物質桑葉，桑葉飼蠶，生產出蠶蛹及蠶絲（加工工藝中的物質轉化），桑樹的脫落物蠶沙施用到魚塘，經過魚塘內另一食物鏈過程，轉化為魚。魚的排泄物及其未被利用的有機物沉積於塘底，經底棲生物分解後可成為桑樹的肥料，返回桑基。這種交互補償水陸物質的方式，廣泛適用於沼澤及低濕地區(見圖)。
③ 工業城市廢物再生利用工程：工廠排出的餘熱，燃料釋放的二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物以及某些加工工業廢液中的重金屬，是廣泛存在的污染環境的污染物。回收和凈化此類物質，是城市建設及工業建設必須重視的社會問題。利用工廠餘熱（包括氣熱及水熱）作為冬季住房的熱源，已在許多城市實行。如能根據熱系數，在工廠附近建造不同溫梯度的溫室，便可利用餘熱培植各種作物；作物的一部分制成飼料，飼養禽畜；禽畜排泄物施於農田或園林。而環境中林木還可吸收工廠燃料所產生的二氧化碳以及其他一些氣態的及存在空中懸浮的廢物。這種兼顧生產和環境保護的工藝，當做到基本不排污時，稱為無污染工藝；若幹這種工藝所構成的工程體系，稱為無污染工程。另外，不少種陸生和水生生物可以吸附和富集某些微量金屬物質，因而可以用作回收某種微量元素的活介質。
④ 區域污水多功能的自凈系統 在結構復雜的自然生態系統中，往往同時在進行物質的富集與擴散、合成與分解、頡頏與加成等多種調控過程。在正常情況下，自然生態系統內部不易出現由於某種物質過度積累而造成的死亡，這是由於系統內具備自我解毒的機制（微生物）和解毒工藝過程（物理的、化學的作用過程）。即使由於某種物質積累破壞瞭系統的原來結構，也會出現適應新情況的生物更新。模似這種復雜功能的工藝體系是今後解決和防止工業污染以及實現廢水資源化的有效途徑，是系統生態原理在環境保護中的應用，這種生態工程包括相互交錯的食物鏈及三個方向的物質流與能流以及不同性質的輸入與輸出。
⑤ 多功能的農工商聯合生產體系 把生態系統通過一定的網絡結構和自調節功能而實現物質循環不已和生物生生不息的原理，應用到以農產品為原料的加工工業中，使農工業產品（包括副產品）在農工商發展中相互補償原料，以保持該地區穩定的生產體系，減少廢物，防止污染，並改善農村生態環境。農工商聯合生產體結構模式應包括農、林、牧、副、漁業等一定范圍的居民點設施；農、林、牧、漁、副業等的產品數量和加工工業的范圍應與當地人口及計劃產值保持相應的比例。此類型的農工商聯合生產有機體系可作為現代化農村建設的模式之一。