Dans une étude de type cas-témoin classique, on cherche à estimer à la fois chez les malades et chez les témoins, la probabilité d’avoir été exposé à un facteur de risque. Dans ce cas, on observe la prévalence d’une manifestations clinique dans un groupe de personnes exposées.

Dans le cas des études écologiques, le principe de comparer une population de malades à une population témoin est conservé. En revanche, la présence de la pathologie n’est pas impérative, l’objectif est avant tout d’établir le lien entre une source de contamination, les concentrations de polluants mesurées et les effets sanitaires. La difficulté principale réside dans l’estimation du niveau d’exposition qui nécessite parfois une modélisation de la source de pollution et de sa diffusion. L’exposition dépendra notamment de la proximité à la source de polluant.