能量转换
生命的能量来自太阳的光和热。动植物都需要热量，大多数陆地动物会在阳光下取暖，爬行动物早上起来的第一件事也是最重要的事，就是晒太阳。它们需要热量，否则活体细胞内的化学反应在低温下会变慢。当爬行动物体温很低的时候，它们几乎不能行动。如果气温低于6℃，大多数植物会停止生长。
只有绿色植物和一些细菌能够利用太阳光，它们将太阳能转化为化学能。这些化学能可以被动物利用，并从一种生物传递到另一种生物。这样，太阳能就流经了一个生态系统。
当动物食用植物的时候，它们从中获得以碳水化合物(糖和淀粉)形式存在的化学能。碳水化合物相当于“燃料”，在呼吸过程中“燃烧”，以驱动所有的生物性过程。除了存储的能量，动物的食物中还包含它们身体组织生长和修复所需的化学物质，这些成分从植物转移到动物身上，又在动物之间传递。
碳水化合物由碳、氢、氧元素构成，其他营养元素包括氮、硫、钙和磷。最终，所有这些元素回到生态系统中再循环。碎屑食性动物如蛞蝓、蜗牛和蚯蚓，以废物和动植物的遗体为食，并将这些物质分解。真菌和细菌将组成活的组织的大的有机分子分解成小的无机分子。这些无机分子可以被植物根系再次吸收。分解过程使营养元素在系统内循环。虽然营养元素在不断循环，但是其中的能量被消耗掉了。当动植物利用碳水化合物获得能量的时候，这些能量的一部分——最终所有的能量——会转化成热量。
生态系统中的能量转化是逐级进行的，初级生产者植物被初级消费者食草动物食用，食草动物被次级消费者食肉动物消费，次级消费者被第三级消费者消费。这个链条中的每一级都称为一个营养级，在每个营养级上，约90％的能量在呼吸作用中消耗，只有10％的能量传到下一级，这也就是植物的数量比食草动物多，食草动物的数量比食肉动物多的原因。
初级生产者
太阳能之所以能转化为有机物质，是因为被称为叶绿素的绿色色素的作用。含有叶绿素的生物一般指的是植物——虽然还包括一些藻青菌(蓝绿藻)和一些藻类(如海草)——以及苔藓、针叶树和开花植物。这些生物都是自养生物——自己给自己提供养料。这些生物能够吸收太阳光，利用光合作用制造出食物。光合作用产生的有机物称为初级产品，植物——连同蓝绿藻和藻类——是初级生产者。
在海洋生态系统中，数量最多的初级生产者是被称为浮游植物的单细胞藻，它们漂浮在接近海水的表面上。在陆地上，大多数有机化合物是由较大的开花植物(如树和草)生产的。陆地植物只覆盖了地球表面不到l／4的地方，却吸收了地球所有植物吸收太阳能总和的50％，并组成全球生物量(全球有机生物的总质量)的97％。
大多数植物呈现绿色是因为这些植物的叶绿素吸收了太阳光中的红色光和蓝色光，并反射绿色光。被吸收的光被用于光合作用，其中二氧化碳和水结合利用光能制造出氧气和碳水化合物(糖)。碳水化合物可以存储起来，需要的时候加以利用。在植物存储的化学能中，高达一半用于呼吸作用。呼吸作用是分解有机化合物，释放能量的生化过程。用于呼吸作用的能量消散在大气中，不能被再循环。余下一半的能量用于植物生长，并提供给食用这些植物的动物。光合作用对地球有另一个重要意义：它的副产品之一是氧气，可供动物呼吸。20亿年前最早开始出现的能进行光合作用的生物使地球大气变得适合于生命存在。
植物在进化过程中，朝着有助于为光合作用吸收光能的方向发展，它们的叶子通常很薄，因此从大气中吸收的二氧化碳无须经过很长的路程就可以到达发生光合作用的细胞；较大的表面积有助于吸收大量的光线。有一些植物的叶子能随太阳在空中的位置而自动转向。通常情况下，树叶不会互相重叠，这样每片叶子都能最有效地工作。
开花植物通常以淀粉(一种碳水化合物)的形式将能量储存在块茎和鳞茎等器官中。淀粉以颗粒结构存储在专门的储存细胞中。存储的化学物质被保留，当植物不能进行光合作用的时候，这些能量就被加以利用。这种情况可能发生在早春植物刚复苏的时候，此时的光照水平较低，光合作用产生的能量不足以维持植物生长。许多植物的种子——特别是谷类作物的种子——内含淀粉，在植物生长的初期，幼苗利用这些淀粉中的能量生根发芽、进行呼吸作用，直至叶子长成并能够进行光合作用。
对光合作用的了解可以提高人们种植温室作物的效率。例如，园艺工程师可以利用人工光照增加光周期和光的波长，使光合作用最大化。光合作用进行的速率也可被二氧化碳量限制。温室中，大气中二氧化碳的浓度可能会上升。
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