生態系に入るエネルギーのもとは、太陽の光です。生産者は光合成によって、光のエネルギーを有機物の中の化学エネルギーに変えて、たくわえます。
ただし、地表に届く光のエネルギーのうち、生産者が有機物にたくわえるのは 1% ほどです。残りは反射されたり、熱になったりします。
生産者が光合成でつくる有機物の量を、総生産量といいます。その一部は生産者自身の呼吸で分解され、そのエネルギーは熱となって出ていきます。
総生産量から呼吸量を引いたものが、純生産量です。純生産量は、消費者に食べられる被食量、枯れて分解者へ渡る枯死量、生産者の体に残る成長量に分かれます。
生産者、一次消費者、二次消費者と、食べる・食べられるの関係でつながる生物の位置を、栄養段階といいます。
消費者は、食べた有機物の一部を呼吸に使い、そのエネルギーは熱となって出ていきます。遺体や排出物にふくまれるエネルギーは、分解者が使います。
そのため、次の栄養段階へ移るエネルギーは、1 つ前の栄養段階の 1 割から 2 割ほどです。この割合をエネルギー効率といいます。
栄養段階ごとに個体数や生物量を積み重ねると、多くはピラミッドの形になります。これを生態ピラミッドといいます。
ただし、1 本の大きな木に多くの毛虫がつく場合など、個体数のピラミッドは、さかさまの形になることがあります。
一方、エネルギーの量で積み重ねたピラミッドは、栄養段階が上がるほど小さくなり、さかさまになることはありません。
炭素や窒素などの物質は、生産者、消費者、分解者を通って無機物にもどり、ふたたび生産者に取りこまれて、生態系の中を循環します。
エネルギーは、太陽の光として入り、生物のあいだを移りながら、最後はすべて熱になって生態系の外へ出ていきます。熱になったエネルギーを、生産者がふたたび使うことはできません。