La limnología es una ciencia que abarca el estudio de las aguas continentales (ríos, lagos, lagunas, charcas, marismas y estuarios). La ecología fluvial es una parte de esta ciencia que trata del estudio de los ríos. En el estudio de los ríos se abarca tanto la estructura física—el agua, el cauce por el que esta agua fluye, y las riberas—; como la estructura biológica y las interacciones que ésta mantiene con el medio, tanto con el sistema acuático como con el medio terrestre de las laderas vertientes.

En un principio, la limnología como ciencia se centró en el estudio de los lagos, por ser éstos sistemas aislados bien definidos, con un tamaño adecuado para analizar con más facilidad las complejas relaciones entre sus componentes biológicos y los del medio acuático. El estudio de los ríos ha sido posterior, ya que son sistemas mucho más variables y complejos.

Como en cualquier otro ecosistema, en un río debemos distinguir entre la estructura del sistema y su funcionamiento. Por estructura nos referimos a las piezas que lo forman. Estas se pueden clasificar en tres componentes: la comunidad biológica, los recursos materiales y energéticos y el hábitat físico.

Igual que en un coche también reconocemos  piezas, componentes que lo forman, y un recurso energético que lo hace marchar, el combustible, lo que hace en esencia el concepto de coche es la relación entre estas piezas que lo hacen funcionar para que se mueva. En los ecosistemas también entendemos la existencia de un conjunto de relaciones entre las componentes que lo forman que lo hacen funcionar. Esto supone la existencia de procesos biológicos, como puede ser la reproducción, las relaciones de alimentación entre unos seres y otros o las migraciones; procesos físicos como el flujo del agua y la erosión; y procesos químicos como la descomposición de la hojarasca, o la dilución de los nutrientes, que son los que controlan el funcionamiento y permiten definir a los ríos como sistemas vivos que albergan uno de los conjuntos de hábitats y diversidad biológica más elevado del planeta. Las relaciones funcionales entre las partes que componen el ecosistema fluvial regulan el flujo de materias y de energía que lo atraviesa.

Debido a la complejidad del estudio de los ríos, en ocasiones estos se dividen en tramos, diferenciándose características particulares para cada tramo (ver Zona longitudinal de los ríos). En otros casos los modelos de funcionamiento de los ríos propuestos por los ecólogos fluviales no los disgrega en tramos, sino que analizan su funcionamiento como el de un sistema continuo que exporta agua, nutrientes, sedimentos y seres vivos de la cabecera hacia la desembocadura (ver El río como un contínuo). 

Los componentes de un ecosistema fluvial pueden ser físicos o biológicos, agrupándose estos a su vez en distintas categorías. Así, por ejemplo, las partículas que forman el lecho, el fondo del río, se pueden clasificar según su tamaño en limos, arenas, gravas, cantos, bolos. 

Las distintas formas fluviales pueden clasificarse en pozas, rápidos, rabiones, tablas.  A su vez los seres que habitan los ríos se pueden clasificar según las relaciones tróficas, es decir, las relaciones de alimentación entre ellos. En esta clasificación distinguimos los productores primarios (las algas que se fijan a las piedras o que flotan en las zonas remansada y las plantas superiores enraizadas en el sustrato) que fijan la energía del sol. En el siguiente nivel estarían los que se alimentan de estos, llamados consumidores, que incluyen principalmente a macroinvertebrados y peces, y que utilizan la energía acumulada por los grupos anteriores. Finalmente estarían los hongos y bacterias, que descomponen la materia orgánica y que forman el grupo de los descomponedores.

El hábitat físico se compone de aquellos factores que forman la estructura dentro de la cual viven las comunidades fluviales, incluyendo las características del cauce sumergido, de las orillas y de la ribera. Los componentes físicos del ecosistema también incluyen recursos materiales y energéticos: los nutrientes inorgánicos que van disueltos en el agua y que necesitan los vegetales para crecer, y los diversos tipos de materia orgánica, mucha de la cual proviene de la ribera y es utilizada como alimento por diversos animales y descompuesta por los organismos descomponedores.

Lo que hace de los ríos sistemas especiales, diferentes, es que en el río hay una aportación energética especialmente importante: la energía  del agua en movimiento, el fluir del agua. En el río se mueve todo lo que hay dentro del agua, todo está sometido a la capacidad de arrastre de este flujo imparable de agua, que va río abajo moviendo nutrientes, sedimentos y seres vivos. Esta aportación energética hace posible que los hábitat cambien de una temporada a la siguiente, que los componentes que forman el espacio en el que viven los seres vivos también cambien y que los seres vivos desarrollen estrategias especiales para sobreponerse a las fuerzas de arrastre o se dejen arrastrar cuando les convenga y retomen sus posiciones cuando las condiciones sean favorables. Sin el fluir del agua, especialmente fuerte y potente en determinadas épocas del año y más controlado en otras, los ríos no son ríos. Cuando el agua se para y se estanca en los embalses, el ecosistema se transforma en otro diferente cuyas direcciones principales en las que se producen los cambios no son valle abajo sino en profundidad.

Los ríos y los ecosistemas terrestres que componen la cuenca vertiente mantienen numerosas interrelaciones. En especial, la vegetación de ribera estabiliza las orillas del cauce, contribuye con materiales leñosos y residuos vegetales a la materia orgánica del rio, y controla la entrada de luz y la llegada de otra materia orgánica y nutrientes al cauce.

Únicamente a través de un conocimiento detallado del río se pueden estimar correctamente los impactos originados por las actividades humanas (regulación de caudales, canalizaciones, contaminación de las aguas, etc.) (ver Alteraciones producidas por las actuaciones humanas en los ecosistemas) y plantear medidas para mitigar dichos impactos, o proyectos de restauración que tiendan a recuperar una situación más favorable para el mantenimiento de su biología y conservación.