Нагадаємо, що екосистема - це сукупність живих організмів, які обмінюються безупинно енергією, речовиною та інформацією один з одним і з навколишнім середовищем. Розглянемо спочатку процес обміну енергією. Енергію визначають, як здатність виконувати роботу. Властивості енергії описуються законами термодинаміки. Перший закон (початок) термодинаміки або закон збереження енергії стверджує, що енергія може переходити з однієї форми в іншу, але вона не зникає і не створюється заново.
Другий закон (початок) термодинаміки або закон ентропії стверджує, що в замкнутій системі ентропія може тільки зростати. Стосовно до енергії в екосистемах зручна наступна формулювання: процеси, пов'язані з перетвореннями енергії, можуть відбуватися мимовільно тільки за умови, що енергія переходить з концентрованої форми в розсіяну, тобто деградує. Міра кількості енергії, яка стає недоступною для використання, або інакше міра зміни впорядкованості, яка відбувається при деградації енергії, є ентропія. Чим вище впорядкованість системи, тим менше її ентропія. Таким чином, будь-яка жива система, в тому числі і екосистема, підтримує свою життєдіяльність завдяки, по-перше, наявністю в навколишньому середовищі в надлишку дармовий енергії (енергія Сонця); по-друге, здатності за рахунок пристрою складових її компонентів цю енергію вловлювати і концентрувати, а використавши - розсіювати в навколишнє середовище.
Таким чином, спочатку уловлювання, а потім концентрування енергії з переходом від одного трофічного рівня до іншого забезпечує підвищення впорядкованості, організації живої системи, тобто зменшення її ентропії. Енергія і продуктивність екосистем.
Отже, життя в екосистемі підтримується завдяки безперервному проходженню через живе речовина енергії, переданої від одного трофічного рівня до іншого; при цьому відбувається постійне перетворення енергії з одних форм в інші. Крім того, при перетвореннях енергії частина її втрачається у вигляді тепла.
Тоді виникає питання: в яких кількісних співвідношеннях, пропорціях повинні знаходитися між собою члени співтовариства різних трофічних рівнів в екосистемі, щоб забезпечувати свою потребу в енергії? Весь запас енергії зосереджений в масі органічної речовини - біомасі, тому інтенсивність освіти і руйнування органічної речовини на кожному з рівнів визначається проходженням енергії через екосистему (біомасу завжди можна виразити в одиницях енергії).
Швидкість синтезу органічних сполук називають продуктивністю. Розрізняють первинну і вторинну продуктивність. У будь-якій екосистемі відбувається освіту біомаси і її руйнування, причому ці процеси повністю визначаються життям нижчого трофічного рівня - продуцентами. Всі інші організми тільки споживають вже створене рослинами органічна речовина і, отже, загальна продуктивність екосистеми від них не залежить. Високі швидкості продукування біомаси спостерігаються в природних і штучних екосистемах там, де сприятливі абіотичні чинники, і особливо під час вступу додаткової енергії ззовні, що зменшує власні витрати системи на підтримку життєдіяльності. Така додаткова енергія може надходити в різній формі: наприклад, на оброблюваній полі - в формі енергії викопного палива і роботи, що здійснюється людиною або твариною.
Таким чином, для забезпечення енергією всіх особин співтовариства живих організмів екосистеми потрібний певний кількісне співвідношення між продуцентами, консументами різних порядків, детритофагами і редуцентамі. Однак для життєдіяльності будь-яких організмів, а значить і системи в цілому, тільки енергії недостатньо, вони обов'язково повинні отримувати різні мінеральні компоненти, мікроелементи, органічні речовини, необхідні для побудови молекул живого речовини.