洞穴学
洞穴からしばしば哺乳動物の化石が発見される場合があり、古生物学との関わりがある。これは、特に縦穴が大型動物にとって落とし穴のような役割を果たすためである。とくに石灰洞内の地下水は石灰分に富み、化石骨が風化せず、保存に適しているため、過去にすんでいた生物群を明らかにする重要な試料となる。日本ではこれまでに栃木県葛生、広島県帝釈台、山口県秋吉台、沖縄県などの石灰洞等から発見された化石の研究が進んでいる。
好洞穴性動物 (Troglophiles): 生涯の一部あるいは全部を洞穴で過ごすが、地表であっても適切な環境があれば棲める。例えば、カマドウマ、ヤスデ、カニムシ、クモなどがある。
周期性洞穴動物 (Trogloxenes): 洞穴によくいて、ライフサイクルの一部を洞穴で過ごす必要があるものもいるが、地表または半地下性環境に基本的に棲息する。洞穴棲コウモリやアナツバメ、アブラヨタカ、ホラアナグマ、冬眠性の爬虫類などがこれに属する。
また、通常地表に棲むものが洞穴を好むわけでもないのに何らかの偶然によって洞穴に棲む場合もある。中には長期間洞穴にいては生きられないもの(Troglophobes) もいる。例えば、穴に落ちた鹿、洪水で流されて洞穴に落ち込んだカエルなどがある。
洞穴の生態系を特徴付けるのは、エネルギーと栄養素である。カルスト地形の洞穴では水分はある程度常に確保される。日光が届かず、枯葉などが積もることもないため、地表の水分の豊富な領域に比べると洞穴の環境はきびしい。洞穴環境でのエネルギーの大部分は、外界の生態系の剰余部分が起源となっている。地下水の流れにのって入ってくる地表の有機物の砕片や、周期性洞穴動物の糞がエネルギーや栄養素の元となっている。例えば、コウモリの糞である。その他の必須栄養源は上述の通りである。
洞穴の生態系は非常に繊細である。人間の活動によって脅かされることが多い。ダム建設、石灰石の採掘、地下水のくみ上げ、あるいはちょっとした災害によって地下の生態系は壊滅的な打撃を受けることがある。
火山地帯の洞穴においては、熔岩が時に強い磁気を有するためにコンパスによる測量ができない、二酸化炭素などの火山性ガスの滞留等に十分気をつけねばならないなど、通常の洞穴調査とは違った調査・研究の手法や探検技術が求められることがあり、火山洞穴学という独立した分野をつくっている。