生物地理學研究生物在時間與空間尺度上的分布格局，整合生態過程（棲地選擇、競爭、散布限制）與歷史過程（板塊運動、冰河期氣候擺盪、物種形成）以解釋現今與過去的生物分布。
歷史生物地理學
大陸漂移理論為岡瓦納分布型提供了解釋：南半球各大陸共享南方山毛櫸（Nothofagus）及多種有袋類的分布模式反映了岡瓦納大陸的裂解歷程（Sanmartín & Ronquist, 2004）。分子系統發育與分子鐘（molecular clock）的結合使得歧異時間（divergence time）估算成為可能，配合地質事件校準可推估隔離分化（vicariance）和長距離散布事件的相對貢獻。
島嶼生物地理學理論及其擴展
MacArthur & Wilson（1967）的動態平衡模型預測島嶼物種數 S 由遷入率 I 和滅絕率 E 的交點決定，面積效應影響 E，隔離度影響 I。Lomolino（2000）修正了遷入函數為非線性，加入棲地多樣性和目標效應。此理論廣泛應用於碎片化棲地的保育規劃：Diamond（1975）提出 SLOSS 辯論（Single Large or Several Small），後續整合研究顯示答案依物種分散能力與景觀連通性而定（Fahrig, 2020）。
緯度多樣性梯度
赤道至兩極的物種多樣性遞減是生態學最穩健的宏觀模式。主要假說包括：（1）代謝理論——高溫加速突變與世代時間（Allen et al., 2002）；（2）物種形成面積假說——熱帶面積更大且連續（Rosenzweig, 1995）；（3）歷史累積假說——熱帶是演化搖籃兼博物館（Jablonski et al., 2006）。近年整合分析利用系統發育多樣性（phylogenetic diversity）區分博物館效應（低滅絕）與搖籃效應（高物種形成）。
氣候變遷與分布位移
第四紀冰河期迫使物種反覆南遷至避難所（refugia），間冰期北遷重新殖民。現代全球暖化造成物種分布向高緯度和高海拔位移：Chen et al.（2011）統合分析顯示物種平均每十年向極地移動 16.9 km、向高處爬升 11.0 m。物種分布模型（SDM，如 MaxEnt）結合未來氣候情境預測分布縮減或擴張，但模型假設（如無散布限制、無交互作用）仍待改進（Elith & Leathwick, 2009）。