Los procesos evolutivos y ecológicos son los principales impulsores de las constricciones de las redes ecológicas. Sin embargo, las formas en que estos procesos sustentan la autoorganización y la modularidad en las redes son poco comprendidas. Aquí, realizamos análisis de redes para explorar los efectos evolutivos y ecológicos en las redes de coocurrencia microbiana marina global a través de múltiples niveles de red, incluidos los de nodos, motivos, módulos y redes completas. Encontramos que tanto las interacciones directas como las indirectas entre especies estaban restringidas evolutiva y ecológicamente en al menos cuatro niveles de red. En comparación con los procesos ecológicos, los procesos evolutivos mostraron generalmente efectos más fuertes y duraderos en las interacciones indirectas y dominaron la ensamblaje de la red de comunidades asociadas a partículas en entornos espacialmente homogéneos. En cuanto a la gran distancia del camino de la red, las contribuciones de cualquiera de los procesos a las interacciones entre especies generalmente disminuyen y casi desaparecen cuando la distancia del camino de la red es mayor que seis. En consecuencia, desarrollamos un nuevo modelo matemático basado en redes libres de escala considerando los efectos conjuntos de los procesos evolutivos y ecológicos. Simulamos la autoorganización de redes de coocurrencia microbiana y encontramos que los efectos duraderos aumentaban la estabilidad de la red al disminuir la ganancia o pérdida de enlaces. En general, estos resultados revelaron que los procesos evolutivos y ecológicos desempeñaron roles clave en la autoorganización y modularización de las redes de coocurrencia microbiana.