Los seres vivos necesitan energía para crecer, respirar, reproducirse y moverse. La energía no se puede crear de la nada, por lo que debe transferirse a través del ecosistema. La fuente primaria de energía para casi todos los ecosistemas de la Tierra es el sol. Los productores primarios utilizan la energía del sol para producir sus propios alimentos en forma de glucosa, y luego los productores primarios son consumidos por consumidores primarios que a su vez son consumidos por consumidores secundarios, y así sucesivamente, de modo que la energía fluye de un nivel trófico, o nivel de la cadena alimentaria, al siguiente. La forma más fácil de demostrar este flujo de energía es con una cadena alimentaria. Cada eslabón de la cadena representa un nuevo nivel trófico, y las flechas muestran la energía que se pasa a lo largo de la cadena. En la parte inferior de una cadena alimentaria está siempre el productor principal. En los ecosistemas terrestres, la mayoría de los productores primarios son plantas, y en los ecosistemas marinos, la mayoría de los productores primarios son fitoplancton. Ambos producen la mayor parte de los nutrientes y la energía necesarios para sustentar el resto de la cadena alimentaria en sus respectivos ecosistemas.
Toda la biomasa generada por los productores primarios se denomina productividad primaria bruta. La productividad primaria neta es lo que queda después de que el productor primario ha utilizado la energía que necesita para la respiración. Esta es la porción que está disponible para ser consumida por los consumidores primarios y pasada a la cadena alimentaria. En los ecosistemas terrestres, la productividad primaria es más alta en lugares cálidos y húmedos con mucha luz solar, como las regiones de bosques tropicales. En contraste, los desiertos tienen la productividad primaria más baja. En los ecosistemas marinos, la productividad primaria es más alta en aguas poco profundas y ricas en nutrientes, como los arrecifes de coral y los lechos de algas.
Para mostrar el flujo de energía a través de los ecosistemas, las cadenas alimentarias a veces se dibujan como pirámides de energía. Cada paso de la pirámide representa un nivel trófico diferente, comenzando con los productores primarios en la parte inferior. El ancho de cada paso representa la velocidad de flujo de energía a través de cada nivel trófico. Los pasos se hacen más pequeños más arriba de la pirámide porque parte de esa energía se cambia a una forma que no puede ser consumida por el organismo en el siguiente paso más alto de la cadena alimentaria. Esto sucede a cada paso de la pirámide.
No toda la energía generada o consumida en un nivel trófico estará disponible para los organismos en el siguiente nivel trófico superior. En cada nivel, parte de la biomasa consumida se excreta como desecho, parte de la energía se transforma en calor (y, por lo tanto, no está disponible para el consumo) durante la respiración, y algunas plantas y animales mueren sin ser consumidos (lo que significa que su biomasa no se transmite al siguiente consumidor). Los residuos y la materia muerta se descomponen mediante descomponedores y los nutrientes se reciclan en el suelo para ser absorbidos de nuevo por las plantas, pero la mayor parte de la energía se transforma en calor durante este proceso. En promedio, solo alrededor del 10 por ciento de la energía almacenada como biomasa en un nivel trófico se pasa de un nivel al siguiente. Esto se conoce como «la regla del 10 por ciento» y limita el número de niveles tróficos que un ecosistema puede soportar.