Les êtres vivants ont besoin d’énergie pour croître, respirer, se reproduire et se déplacer. L’énergie ne peut pas être créée à partir de rien, elle doit donc être transférée à travers l’écosystème. La principale source d’énergie pour presque tous les écosystèmes de la Terre est le soleil. Les producteurs primaires utilisent l’énergie du soleil pour produire leur propre nourriture sous forme de glucose, puis les producteurs primaires sont consommés par les consommateurs primaires qui sont à leur tour consommés par les consommateurs secondaires, etc., de sorte que l’énergie circule d’un niveau trophique, ou niveau de la chaîne alimentaire, à l’autre. Le moyen le plus simple de démontrer ce flux d’énergie est avec une chaîne alimentaire. Chaque maillon de la chaîne représente un nouveau niveau trophique, et les flèches montrent l’énergie transmise le long de la chaîne. Au bas d’une chaîne alimentaire se trouve toujours le producteur principal. Dans les écosystèmes terrestres, la plupart des producteurs primaires sont des plantes, et dans les écosystèmes marins, la plupart des producteurs primaires sont du phytoplancton. Les deux produisent la plupart des nutriments et de l’énergie nécessaires pour soutenir le reste de la chaîne alimentaire dans leurs écosystèmes respectifs.
Toute la biomasse générée par les producteurs primaires est appelée productivité primaire brute. La productivité primaire nette est ce qui reste une fois que le producteur primaire a utilisé l’énergie dont il a besoin pour respirer. Il s’agit de la portion disponible pour être consommée par les consommateurs primaires et passée dans la chaîne alimentaire. Dans les écosystèmes terrestres, la productivité primaire est la plus élevée dans les endroits chauds et humides avec beaucoup de soleil, comme les régions forestières tropicales. En revanche, les déserts ont la productivité primaire la plus faible. Dans les écosystèmes marins, la productivité primaire est la plus élevée dans les eaux peu profondes et riches en nutriments, telles que les récifs coralliens et les lits d’algues.
Pour montrer le flux d’énergie à travers les écosystèmes, les chaînes alimentaires sont parfois dessinées comme des pyramides d’énergie. Chaque étape de la pyramide représente un niveau trophique différent, en commençant par les producteurs primaires en bas. La largeur de chaque pas représente le débit d’énergie à travers chaque niveau trophique. Les étapes deviennent plus petites plus haut dans la pyramide parce qu’une partie de cette énergie est changée en une forme qui ne peut pas être consommée par l’organisme à l’étape supérieure suivante de la chaîne alimentaire. Cela se produit à chaque étape de la pyramide.
Toute l’énergie produite ou consommée dans un niveau trophique ne sera pas disponible pour les organismes du niveau trophique supérieur suivant. À chaque niveau, une partie de la biomasse consommée est excrétée sous forme de déchets, une partie de l’énergie est transformée en chaleur (et donc indisponible pour la consommation) pendant la respiration, et certaines plantes et animaux meurent sans être mangés (ce qui signifie que leur biomasse n’est pas transmise au consommateur suivant). Les déchets et les matières mortes sont décomposés par des décomposeurs et les nutriments sont recyclés dans le sol pour être repris par les plantes, mais la majeure partie de l’énergie est transformée en chaleur au cours de ce processus. En moyenne, seulement environ 10% de l’énergie stockée sous forme de biomasse dans un niveau trophique est transmise d’un niveau à l’autre. C’est ce qu’on appelle la « règle des 10 pour cent » et cela limite le nombre de niveaux trophiques qu’un écosystème peut supporter.