Funkcjonowanie ekosystemu wymaga ciągłego dopływu energii z zewnątrz. Pierwotnym źródłem energii jest promieniowanie słoneczne. Znaczna jego część, która docierana Ziemię, ulega rozproszeniu w postaci ciepła, a tylko niewielką część (ok. 1%) zużywają fotoautotrofy w procesie fotosyntezy, magazynując w materii organicznej asymilatów, które powstają w tym procesie. Materia organiczna, wytworzona przez producentów ze składników nieorganicznych pochodzących ze środowiska abiotycznego, pobierana jest przez konsumentów kolejnych rzędów jako pożywienie. Część na każdym poziomie troficznym zostaje rozłożona w procesie oddychania na substancje nieorganiczne, które trafiają do otoczenia. Na końcu substancje organiczne zawarte w odchodach zwierzęcych oraz szczątkach roślin i zwierząt są rozkładane przez destruentów w materię nieorganiczną. Trafia ona do środowiska nieożywionego. Zatem w ekosystemie istnieje obieg materii. Odbywa się dzięki procesom asymilacji i dysymilacji, prowadzonym przez producentów, konsumentów i destruentów.
Obieg materii i przepływ energii w ekosystemie
Energia słoneczna podczas fotosyntezy zamieniana jest w energię wiązań chemicznych i w tej postaci kumulowana jest w związkach organicznych wytwarzanych przez rośliny. Podczas ich rozkładu w trakcie oddychania energia ta zostaje wyzwolona i może być wykorzystana przez rośliny w procesach warunkujących ich wzrost i rozwój. Jednak część wyzwolonej wówczas energii ulega rozproszeniu w postaci ciepła. Organizmy z każdego kolejnego poziomu troficznego pobierają tylko część materii z poprzedniego poziomu. Na każdym poziomie zachodzą też straty energii w postaci ciepła. Ostatecznie destruenci, rozkładając materię organiczną do nieorganicznej, powodują całkowite uwolnienie energii skumulowanej w wiązanich chemicznych podczas tworzenia tych związków. Zatem w ekosystemie istnieje przepływ energii.
Ekosystem jest więc układem otwartym, który wymaga ciągłego dopływu energii z zewnątrz i nieustannie wymienia materię i energię między swoją częścią biotyczną a abiotyczną, jak również między sąsiednimi ekosystemami. Zachodzące podczas tego obiegu materii i przepływu energii procesy wynikają z praw termodynamiki.
Piramida energii (wg Lewiński, 1996)
Produktywność ekosystemów to wskaźnik szybkości magazynowania energii zawartej w materii organicznej.
Wyróżnia się produktywność pierwotną i produktywność wtórną.
Produktywność pierwotną określa szybkość, z jaką producenci zamieniają energię świetlną w energię chemiczną kumulowaną w materii organicznej, która zawarta jest w ich biomasie. Wyróżnia się produktywność pierwotną brutto, która obejmuje produktywność pierwotną netto, czyli przyrost biomasy autotrofów w określonej jednostce czasu, oraz energię zużytą na utrzymanie procesów życiowych producenta.
Produktywność wtórna to szybkość kumulowania energii w biomasie konsumentów. W przypadku konsumentów, podobnie jak w przypadku producentów, wyróżnia się produktywność wtórną brutto i produktywność wtórną netto.
Przepływ energii z jednego poziomu troficznego na drugi zachodzi w biocenozie poprzez łańcuchy pokarmowe. Ze względu na straty energetyczne związane z przechodzeniem na coraz wyższe poziomy troficzne, na każdym poziomie ilość energii przeznaczonej na produkcję jest mniejsza niż ilość energii pobranej.
Graficznym obrazem tempa przepływu energii oraz produktywności ekosystemu na poszczególnych poziomach troficznych jest piramida energii.
Innymi typami piramid ekologicznych są: piramida biomasy i piramida liczb, przedstawiające odpowiednio biomasę organizmów lub ich liczebność na każdym poziomie troficznym.