Біосфера - це відкрита термодинамічна система, яка отримує енергію у вигляді променистої енергії Сонця і теплової енергії процесів радіоактивного розпаду речовин у земній корі та ядрі планети. Щорічно Земля отримує від Сонця енергію, велика частина цієї енергії відбивається від хмар, пилу і земної поверхні (близько 34%), нагріває атмосферу, літосферу і Світовий океан, після чого розсіюється в космічному просторі у вигляді інфрачервоного випромінювання (42%), витрачається на випаровування води і утворення хмар (23%), на переміщення повітряних мас - утворення вітру (близько 1%). І тільки 0,023% сонячної енергії, що потрапляє на Землю, вловлюється продуцентами - вищими рослинами, водоростями і фототрофних бактеріями - і запасається в процесі фотосинтезу у вигляді енергії хімічних зв'язків органічних сполук.
В екологічних системах відбувається багато перетворень енергії: промениста енергія Сонця завдяки фотосинтезу перетворюється в енергію хімічних зв'язків органічної речовини продуцентів, енергія, запасена продуцентами, - на енергію, акумульовану в органічній речовині консументів різних рівнів, і т. Д. Сучасне людське суспільство також перетворює величезні кількості однієї енергії на іншу.
Велика кількість біомаси та енергії при переході з одного трофічного рівня на інший розсіюється, витрачається на підтримання температури тіла організмів, на перетворення в СО2; не вся біомаса нижчого рівня використовується як їжа організмами вищого рівня і не вся засвоюється організмами. Інакше кажучи, за другим, законом термодинаміки, енергія переходить в тепло, розсіюється в навколишньому середовищі і втрачається в просторі. Як зазначалося вище, за підрахунками екологів, лише 10% біомаси одного трофічного рівня перетворюється на біомасу другого рівня (так зване правило десяти відсотків). Потік енергії в ланцюгах харчування залежить від довжини конкретного ланцюга, яка визначається кількістю трофічних рівнів. Продуценти, що синтезують органічну речовину, відносяться до першого трофічного рівня. Гетеротрофи, що поїдають органічну речовину продуцентів, наприклад травоїдні тварини (фітофаги), - до другого рівня; консументи, які поїдають фітофагів (наприклад, хижаки, що полюють на травоїдних), перебувають на третьому рівні та т. д. Редуценти, які розкладають органічні речовини на мінеральні компоненти, що знаходяться на останньому трофічному рівні і завершують ланцюг харчування. Вони остаточно вивільняють енергію, пов'язану раніше продуцентами.
Поїдаючи або розкладаючи органічну речовину представників попереднього трофічного рівня, консументи або редуценти отримують речовину і енергію, необхідні для процесів метаболізму, побудови і підтримки власного тіла. При цьому близько 90% енергії, запасеної в спожитої органіці, розсіюється у вигляді тепла і лише в середньому 10% використовується на побудову і підтримання тіла того, хто цю органічну речовину спожив. Наприклад, консументи першого порядку (фітофаги), які поїдають продуцентів, зберігають у вигляді органічної речовини свого тіла лише 10% енергії, пов'язаної рослинами в процесі фотосинтезу; в тілі консументи другого порядку (м'ясоїдних, який живиться фитофагами) запасається тільки 1% поглинутої сонячної енергії, а хижак, живиться цим хижим (консументи третього порядку), в своїх клітинах містить лише 0,1% сонячної енергії, пов'язаної рослинами.