A kulcsfajok olyan állatok, növények, gombák vagy akár baktériumok, amelyek döntő hatással vannak a környezetükre. Összetartják az ökoszisztémákat, és támogatják a biológiai sokféleséget. Az adott ökoszisztémában nincs más faj, amely ugyanezt a funkciót betölthetné. Mivel a kulcsfajok kulcsszerepet játszanak természetes környezetükben, jelenlétük nélkül az adott ökoszisztéma drámaian megváltozna, vagy akár meg is szűnne.
Magát a fogalmat Robert Paine ökológus alkotta meg az 1960-as években. Paine a tengeri csillagokat tanulmányozta. A vizsgálathoz kiválasztott két partszakaszt a Mukkaw-öbölben. Az egyiket érintetlenül hagyta, a másikról eltávolította a tengeri csillagokat. Azon a partszakaszon, amelyet megváltoztatott, a kagylók (amelyekkel általában a tengeri csillagok táplálkoznak) elszaporodtak, és átvették az ökoszisztéma irányítását. Ennek az lett az eredménye, hogy az ott élő fajok mintegy fele kipusztult!
Ez a felfedezés rávilágított arra, hogy bizonyos fajok kritikus szerepet játszanak a biológiai sokféleség megőrzésében és az ökoszisztéma fenntartásában. A kulcsfajok vélhetően megtalálhatók a világ összes ökoszisztémájában. Olyan állatok tartoznak közéjük, mint például a szürke farkasok mint ragadozók. A zsákmányállatok populációinak szabályozásával a farkasok sok más növény- és állatfaj virágzását teszik lehetővé.
Tévedés lenne azonban azt gondolni, hogy csak ragadozók lehetnek kulcsfajok. A krillek mint zsákmányállatok több száz különböző állat fő táplálékai, a halaktól a fókákon át a bálnákig. Nélkülük a teljes tengeri élővilág összeomlana.
Remek példa az afrikai elefántok esete is. Az ormányosok hatalmas mennyiségű kisebb fát és bokrot fogyasztanak, illetve taposnak el, így a bozótosodás, később pedig az erdősülés elmarad az érintett területeken. A füves szavannák képesek olyan legelésző állatok eltartására, mint az antilopok, a zebrák, amelyek viszont zsákmányt jelentenek az olyan ragadozóknak, mint az oroszlánok és a hiénák. Ilyenformán az elefántok az ökoszisztéma mérnökei.
A növények között is akadnak kulcsfajok. A Sonoran-sivatagban élő saguaro kaktusz táplálékot és menedéket nyújt számos más faj számára.
