城市人類活動與周圍環境相互作用形成的動態平衡系統。所謂動態平衡系統是指把城市當作由物質流、能量流所聯繫起來的各種關係的整體。人類及其社會經濟活動是城市生態系統的主體，光、熱、水、氣、土壤、巖石、植物、動物、微生物等自然生態要素以及各種建築物、構築物、道路管網系統等則是城市賴以生存和發展的物質基礎。城市生態系統具有人工生態系統的特點：系統的消費者是人，系統的生產者──綠色植物的現存量遠小於消費者需求的數量，而且均為次生的植被，城市的物質代謝和能量迴圈不能依靠靠自然調節來維持，需要通過合理的人工調控來改善系統的動態平衡關系。城市生態系統是開放式的生態系統，由於所需要的物質和能量不能自給，依賴農田、河湖、海洋、草原、森林以及礦區、工廠等生態系統提供。另一方面，城市生態系統中人類生產和生活中排泄的大量廢棄物因不能在城市內分解和釋放，向其他生態系統輸送，造成河湖、海洋、農田、大氣等環境污染。
在城市生態系統中建立穩定的生態關系，主要取決於對系統結構的改善和功能的調節。良好的城市生態系統應該具有合理的結構，最大限度地發揮其特定功能，以期獲得最佳的經濟效果，相對穩定的生態關系以及最優的生活質量。開展城市生態系統研究可為制訂城市規劃、生態和環境保護規劃等提供科學依據。
城市生態系統是自然科學和社會科學共同研究的領域，也是城市地理學的一個重要研究方面。其主要研究內容有：①城市生態系統的結構和功能；②城市自然生態的動態過程及預測，包括植物生長量比例失調、野生動物趨於消失、巖石破壞、地表夷平、地面下沉等方面；③物質代謝和能量循環；④城市用地、人口構成變化速率及其對城市生態的影響；⑤城市環境污染及其生態效應；⑥城市生態評價、生態區劃、生態規劃；⑦城市生態系統的合理容量和穩定生態的可行性方案及其比較；⑧城市生態系統與農田、河湖、海洋等生態系統協調發展的對策以及管理技術的研究。
70年代以來，東京、聖保羅、香港、漢諾威、華沙等城市根據《人與生物圈計劃》中有關城市生態的項目，分別從城市地理、城市生態等方面，研究瞭城市與其農副產品供應地之間的關系，城市物質和能量收支關系，城市洪水、城市動植物區系的變遷以及環境污染與居民健康的關系等問題。中國的北京、天津等城也進行瞭城市生態系統的仿真模型及生態規劃研究。