يوجد التنوع الحيوي على مستويات تنظيمية متعددة، ويُقاس بطرق مختلفة اعتمادًا على أهداف القائمين بالقياسات. وتشمل هذه المستويات أعداد الأنواع، والتنوع الوراثي، والتنوع الكيميائي، وتنوع النظام البيئي. يُقدر عدد الأنواع الموصوفة بـ 1.5 مليون، مع وصف حوالي 17,000 نوع جديد كل عام. تختلف تقديرات العدد الإجمالي للأنواع حقيقية النواة على الأرض، لكنها في حدود 10 ملايين. يرتبط التنوع الحيوي سلبًا بخط العرض لمعظم الأصنوفات، مما يعني أن التنوع الحيوي أعلى في المناطق الاستوائية. آلية هذا النمط غير معروفة على وجه اليقين، لكن طُرحت عدة فرضيات معقولة.

يستخدم البشر العديد من المركبات التي اكتُشفت أو استُمدت لأول مرة من الكائنات الحية كأدوية: مركبات نباتية ثانوية، وسموم حيوانية، ومضادات حيوية تنتجها البكتيريا والفطريات. ويُتوقع اكتشاف المزيد من الأدوية في الطبيعة. سيؤثر فقدان التنوع الحيوي على عدد المستحضرات الصيدلانية المتاحة للبشر. وقد يوفر التنوع الحيوي فوائد نفسية مهمة للبشر.

يُعد تنوع المحاصيل متطلبًا للأمن الغذائي، وهو آخذ في التناقص. كما يهدد فقدان الأقارب البرية للمحاصيل قدرة المربين على إنشاء أصناف جديدة. توفر النظم البيئية خدمات النظام البيئي التي تدعم الزراعة البشرية: التلقيح، ودورة المغذيات، ومكافحة الآفات، وتطوير التربة وصيانتها. يهدد فقدان التنوع الحيوي خدمات النظام البيئي هذه ويخاطر بجعل إنتاج الغذاء أكثر تكلفة أو مستحيلاً. مصادر الغذاء البرية مائية بشكل رئيسي، لكن القليل منها يُدار من أجل الاستدامة. تتعرض قدرة مصايد الأسماك على توفير البروتين للسكان البشريين للتهديد عند حدوث الانقراض.

تتمثل التهديدات الأساسية للتنوع الحيوي في نمو السكان البشريين والاستخدام غير المستدام للموارد. وحتى الآن، فإن أهم أسباب الانقراض هي فقدان الموائل، وإدخال الأنواع الدخيلة، والاستغلال المفرط. ويُتوقع أن يكون تغير المناخ سببًا مهمًا للانقراض في القرن القادم. يحدث فقدان الموائل من خلال إزالة الغابات، وبناء السدود على الأنهار، وغيرها من الأنشطة. يمثل الاستغلال المفرط تهديدًا خاصًا للأنواع المائية، لكن صيد لحوم الطرائد البرية في المناطق الاستوائية الرطبة يهدد العديد من الأنواع في آسيا وإفريقيا والأمريكتين. كانت الأنواع الدخيلة سببًا لعدد من الانقراضات وهي ضارة بشكل خاص بالجزر والبحيرات. تتزايد عمليات إدخال الأنواع الدخيلة بسبب زيادة حركة السكان البشريين وتزايد التجارة والنقل العالميين. يفرض تغير المناخ تغييرات في النطاق قد تؤدي إلى الانقراض. كما يؤثر على التكيفات مع توقيت توفر الموارد مما يؤثر سلبًا على الأنواع في البيئات الموسمية. تأثيرات تغير المناخ هي الأكبر حاليًا في القطب الشمالي. سيؤدي الاحترار العالمي أيضًا إلى ارتفاع مستويات سطح البحر، مما يقضي على بعض الجزر ويقلل من مساحة جميع الجزر الأخرى.

يمكن ملاحظة خمسة انقراضات جماعية بخسائر تتجاوز 50 بالمائة من الأنواع الموجودة في السجل الأحفوري. سُجلت الانقراضات الحديثة في التاريخ المكتوب وهي الأساس لإحدى طرق تقدير معدلات الانقراض المعاصرة. تستخدم الطريقة الأخرى مقاييس فقدان الموائل وعلاقات النوع بالمساحة. تختلف تقديرات معدلات الانقراض المعاصرة، لكنها تصل إلى 500 ضعف المعدل الأساسي، كما هو محدد من السجل الأحفوري، ويُتوقع أن ترتفع.

يوجد إطار تشريعي لحماية التنوع الحيوي. تنظم المعاهدات الدولية مثل CITES نقل الأنواع المهددة بالانقراض عبر الحدود الدولية. وقد حققت التشريعات داخل البلدان الفردية التي تحمي الأنواع والاتفاقيات بشأن الاحترار العالمي نجاحًا محدودًا؛ ولا يوجد حاليًا اتفاق دولي بشأن أهداف انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. في الولايات المتحدة، يحمي قانون الأنواع المهددة بالانقراض الأنواع المدرجة، لكنه يعيقه صعوبات إجرائية وتركيز على الأنواع الفردية. قانون الطيور المهاجرة هو اتفاق بين كندا والولايات المتحدة لحماية الطيور المهاجرة. كما أن القطاع غير الربحي نشط جدًا في جهود الحفاظ على البيئة بطرق متنوعة.

تُعد المحميات الطبيعية أداة رئيسية في حماية التنوع الحيوي. حاليًا، 11 بالمائة من سطح الأرض محمي بطريقة ما. وقد أثر علم الجغرافيا الحيوية الجزرية في التصميم الأمثل للمحميات؛ لكن المحميات تواجه قيودًا تفرضها القوى السياسية والاقتصادية. بالإضافة إلى ذلك، سيحد تغير المناخ من فعالية المحميات الحالية في المستقبل. ومن الجوانب السلبية للمحميات أنها قد تقلل الضغط على المجتمعات البشرية للعمل بشكل أكثر استدامة خارج المحميات.

لدى استعادة الموائل إمكانية استعادة النظم البيئية إلى مستويات التنوع الحيوي السابقة قبل انقراض الأنواع. وتشمل أمثلة الاستعادة إعادة إدخال الأنواع الأساسية المفتاحية وإزالة السدود على الأنهار. وقد حاولت حدائق الحيوان أن تلعب دورًا أكثر نشاطًا في الحفاظ على البيئة ويمكن أن يكون لها دور محدود في برامج التربية في الأسر. كما أن لحدائق الحيوان دورًا مفيدًا في التعليم.