El ambiente determina la persistencia de los organismos y el nicho ecológico resume la interacción entre el ambiente y la vida del organismo. El ecólogo inglés George Evelyn Hutchinson definió al nicho ecológico de una especie como un espacio multidimensional, donde cada dimensión de este hipervolumen constituye un factor del ambiente del organismo. El nicho ecológico puede imaginarse, pero no representarse en su totalidad (pueden representarse nichos de tres dimensiones). Es posible imaginar que el nicho de un organismo es una "nube de puntos" y que cada punto es una combinación de factores del ambiente donde potencialmente puede existir la especie. Éste es el nicho fundamental de la especie. En realidad, la especie no se encuentra en todas esas combinaciones de factores, simplemente por tener limitaciones en su dispersión, o por la presencia de depredadores o competidores que existen en ciertas regiones. Por lo tanto, el nicho real de una especie es el conjunto de condiciones donde sí se encuentra en la naturaleza. En síntesis, el nicho ecológico, según Hutchinson, es un espacio multidimensional de recursos usado por los organismos. Esta definición difiere de la de Grinnell, quien considera que el nicho es semejante al hábitat, o de la de Charles Elton, quien lo considera como la posición trófica que ocupa el organismo.
Estas definiciones dan lugar al concepto de nicho vacío, en el sentido de que ciertos papeles tróficos podrían ser desempeñados por otras especies; o bien, que una comunidad podría poseer más especies de las que existen en un cierto tiempo. Las especies invasoras desplazan a las nativas por ser mejores competidoras, o bien, ocupan partes del ambiente no usadas por las especies nativas; se dice entonces que estas especies ocupan nichos vacíos. Aunque el concepto es empleado comúnmente por los ecólogos, debe tenerse en cuenta que, siendo el nicho un concepto basado en el organismo, por definición los nichos vacíos no deben existir si no hay organismo que lo defina. De otra manera, puede definirse a priori una gran cantidad de nichos vacíos. Sin embargo, en términos prácticos, se conocen ejemplos de espacios ocupados por otros organismos cuando ocurre una extinción. Se considera que los mamíferos "llenaron" muchos de los nichos dejados por la extinción de los dinosaurios, o que los marsupiales llenaron los nichos no ocupados por los Eutheria (mamíferos verdaderos) en Australia. En las catástrofes naturales, tanto la flora como la fauna desaparecen dejando espacio para la recolonización por las mismas u otras especies.
Para representar el nicho ecológico de una especie, desde la perspectiva de Hutchinson, deben caracterizarse las combinaciones de factores donde puede vivir esa especie. Por ejemplo, una especie de depredador que vive en aguas salobres sólo puede alimentarse de presas de un tamaño muy pequeño debido a restricciones físicas en sus partes bucales; sin embargo puede habitar ambientes con temperatura y salinidad variables. Si sólo esos tres factores del ambiente son relevantes para la existencia de ese depredador, podría representarse su nicho en tres dimensiones.
En ocasiones, los ecólogos se refieren a las especies como de nicho estrecho o amplio, pero refiriéndose a un solo factor del ambiente, y por lo tanto debe especificarse a qué factor se hace referencia cuando se habla de nicho amplio o estrecho. Así, se denomina a las especies como especialistas o estenotópicas (del griego steno = estrecho), si ocupan o toleran un rango muy limitado de un factor del ambiente; por otra parte, las especies generalistas o euritópicas (del griego eury = ancho) ocupan un rango muy amplio de uno o varios factores del ambiente.
Los mangles rojos (Rhizophora mangle) habitan en lagunas costeras de México, un hábitat muy específico y restringido que se encuentra sólo en la confluencia del mar y ríos, produciendo agua salobre. Desde esta perspectiva, el mangle es una especie estenotópica. Desde el punto de vista de su distribución geográfica, que es muy amplia, es una especie euritópica. Por el contrario, los tucanes (Ramphastos sulfuratus) usan como alimento los frutos de muchas especies de plantas en la región de Los Tuxtlas, Veracruz, siendo generalistas para este factor, pero de distribución restringida para las selvas tropicales húmedas.
Finalmente, debido a que las poblaciones están compuestas de diversos genotipos que varían en sus rangos de tolerancia a un factor del ambiente (o en la capacidad para persistir en los extremos de un gradiente ambiental), el nicho ecológico evoluciona o al menos difiere entre poblaciones de la misma especie que ocupan distintas porciones de su distribución geográfica. Cuando existe un conjunto de nichos ecológicos de especies que explotan el mismo recurso de forma similar se constituye una zona adaptativa.
