La seconda legge della termodinamica enuncia che nessun processo che implichi trasformazione di energia si produrrà spontaneamente, a meno che non avvenga degradazione dell'energia da una forma concentrata ad una dispersa. Il calore di un oggetto, ad esempio, tende a disperdersi nelle zone vicine più fredde.

Quindi, la vita, per definizione, consiste in una serie di cambiamenti quali la crescita, la riproduzione e la sintesi di sostanze complesse. Senza trasferimento di energia, che accompagna sempre tutti questi cambiamenti, non ci sarebbe vita e logicamente non esisterebbero sistemi ecologici. La vita è una conseguenza dell'affluenza di energia concentrata della radiazione della luce solare. L'energia che arriva fino alla superficie della Terra sotto forma di luce, risulta compensata dall'energia che questa libera invece sotto forma di radiazione, invisibile, di calore. In ecologia è necessario occuparsi fondamentalmente della luce come base dei sistemi ecologici e del modo in cui l'energia si trasforma all'interno di questi sistemi. Le stesse leggi basilari che reggono i sistemi abiotici, come i motori elettrici o ad esplosione interna, si applicano alle relazioni tra le piante produttrici e gli animali consumatori, tra gli animali depredatori e le loro prede, così come sul numero di classi di organismi che esistono, limitati, in un dato ambiente.

Il passaggio dell'energia alimentare dalla sua fonte produttrice, i vegetali, attraverso tutta una serie di organismi con atti ripetuti di mangiare ed essere mangiati, si chiama catena alimentare. In ogni trapasso, una porzione dell'energia potenziale si perde in calore. Il numero dei passaggi, o anelli di una catena sono di solito limitati a quattro o cinque, in genere. Quanto più è corta la catena alimentare - cioè quanto più vicino è l'organismo dell'inizio della catena - tanto maggiore è l'energia disponibile suscettibile di essere trasformata in biomassa (peso vivo, comprendente anche gli alimenti immagazzinati) o dissipata dalla respirazione, o entrambe le cose contemporaneamente. La biomassa (rappresentante il peso secco totale degli organismi presenti in un determinato momento qualsiasi) che può essere sostenuta da una corrente continua di energia in una catena alimentare, dipende in gran parte dalle dimensioni degli organismi individuali: quanto più piccoli sono gli organismi tanto maggiore risulta il loro metabolismo per grammi di biomassa, che nei vegetali e negli animali piccoli, (alghe, batteri, protozoi) è molto superiore alla velocità metabolica di organismi più grandi, come gli alberi ed i vertebrati.

Perciò, le parti metaboliche importanti di un insieme di esseri vivi non sono costituite solo dai pochi organismi grandi, ma anche dai numerosi piccoli organismi, generalmente invisibili ad occhio nudo. La velocità di metabolismo di organismi o di associazioni di organi si calcola di solito misurando la velocità a cui è consumato l' ossigeno (o prodotto) nel caso della fotosintesi. L'azione reciproca dei fenomeni della catena alimentare, la perdita di energia in ogni trasferimento e la relazione tra la grandezza e il metabolismo, si effettuano in comunità di una «struttura trofica» perfettamente definita che è solita essere caratteristica di un tipo particolare di ecosistema: lago, bosco, scogliera di corallo, versante di una montagna, ecc. Questo fenomeno può essere rappresentato graficamente per mezzo di «piramidi ecologiche» nelle quali il primo livello, o produttore, forma la base, ed i livelli successivi, gli anelli che portano al vertice. Queste piramidi vengono usate dagli ecologi per illustrare graficamente le relazioni quantitative fra le parti specifiche di un ecosistema e dei vari habitat.