Gli esseri viventi hanno bisogno di energia per crescere, respirare, riprodursi e muoversi. L’energia non può essere creata dal nulla, quindi deve essere trasferita attraverso l’ecosistema. La fonte primaria di energia per quasi tutti gli ecosistemi sulla Terra è il sole. I produttori primari usano l’energia del sole per produrre il proprio cibo sotto forma di glucosio, e quindi i produttori primari vengono mangiati dai consumatori primari che a loro volta vengono mangiati dai consumatori secondari, e così via, in modo che l’energia fluisca da un livello trofico, o livello della catena alimentare, al successivo. Il modo più semplice per dimostrare questo flusso di energia è con una catena alimentare. Ogni anello della catena rappresenta un nuovo livello trofico e le frecce mostrano che l’energia viene passata lungo la catena. In fondo a una catena alimentare è sempre il produttore primario. Negli ecosistemi terrestri la maggior parte dei produttori primari sono piante, e negli ecosistemi marini, la maggior parte dei produttori primari sono fitoplancton. Entrambi producono la maggior parte dei nutrienti e dell’energia necessari per sostenere il resto della catena alimentare nei rispettivi ecosistemi.
Tutta la biomassa generata dai produttori primari è chiamata produttività primaria lorda. La produttività primaria netta è ciò che rimane dopo che il produttore primario ha utilizzato l’energia di cui ha bisogno per la respirazione. Questa è la porzione che è disponibile per essere consumata dai consumatori primari e passato la catena alimentare. Negli ecosistemi terrestri, la produttività primaria è più alta in luoghi caldi e umidi con molta luce solare, come le regioni delle foreste tropicali. Al contrario, i deserti hanno la produttività primaria più bassa. Negli ecosistemi marini, la produttività primaria è più alta in acque poco profonde e ricche di nutrienti, come barriere coralline e letti algali.
Per mostrare il flusso di energia attraverso gli ecosistemi, le catene alimentari sono talvolta disegnate come piramidi energetiche. Ogni gradino della piramide rappresenta un diverso livello trofico, a partire dai produttori primari in basso. La larghezza di ogni passo rappresenta il tasso di flusso di energia attraverso ogni livello trofico. I passaggi diventano più piccoli più in alto nella piramide perché parte di quell’energia viene cambiata in una forma che non può essere consumata dall’organismo al prossimo passo più alto nella catena alimentare. Questo accade ad ogni passo della piramide.
Non tutta l’energia generata o consumata in un livello trofico sarà disponibile per gli organismi nel successivo livello trofico superiore. Ad ogni livello, parte della biomassa consumata viene escreta come rifiuto, una certa energia viene cambiata in calore (e quindi non disponibile per il consumo) durante la respirazione, e alcune piante e animali muoiono senza essere mangiati (il che significa che la loro biomassa non viene trasmessa al consumatore successivo). I rifiuti e la materia morta vengono scomposti dai decompositori e i nutrienti vengono riciclati nel terreno per essere ripresi dalle piante, ma la maggior parte dell’energia viene cambiata in calore durante questo processo. In media, solo circa il 10% dell’energia immagazzinata come biomassa in un livello trofico viene passata da un livello all’altro. Questo è noto come” la regola del 10% ” e limita il numero di livelli trofici che un ecosistema può supportare.