El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va pasando de un nivel al siguiente. La energía fluye a través de la cadena alimentaria sólo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los productores a los descomponedores. La energía entra en el ecosistema en forma de energía luminosa y sale en forma de energía calorífica que ya no puede reutilizarse para mantener otro ecosistema en funcionamiento. Por esto no es posible un ciclo de la energía similar al de los elementos químicos.

La vida en la Tierra depende en gran parte de dos procesos fundamentales:

1) El flujo en un sentido de energía de alta calidad (utilizable) proveniente del Sol, a través de materia y elementos vivos sobre o cerca de la superficie de la Tierra, luego pasa al ambiente en forma de calor (baja calidad) o moléculas de agua a baja temperatura y por último al espacio como radiación infrarroja.

2) El ciclo de materia requerido por los organismos vivos a través de las diferentes partes del ecosistema.

El flujo de energía a través de los ecosistemas es el factor más importante de su organización. La fuente primaria de la energía es el Sol. Todos los días, año tras año, la energía solar llega a la parte superior de la atmósfera terrestre a razón de 1,94 calorías por centímetro cuadrado por minuto, como término medio, Esto se conoce como constante solar.

De la energía solar que llega a la superficie de la Tierra, sólo una fracción muy pequeña - calculada en 0,1% a escala mundial- entra en los sistemas vivientes. Aún en los sitios donde la vegetación abunda, como un bosque, un maizal o un pantano, sólo el 1 a 3% de la luz (calculada sobre una base anual) se usa en la fotosíntesis.

El 80% de la energía radiante del Sol traspasa la atmósfera y llega a la superficie terrestre en un espectro formado por diversas longitudes de onda. Sólo la mitad de la extensión del espectro, esencialmente las ondas de luz visible tienen fotones capaces de excitar a los electrones de la forma requerida para la fotosíntesis.

La energía de estos fotones absorbidos puede transformarse en energía química, en forma de hidratos de carbono, con una eficiencia máxima del 35%, pero la eficiencia global de las plantas es mucho menor: en el campo menos del 2% de la energía se convierte en materia. Esto se explica parcialmente como resultado de la pérdida de energía lumínica en el calentamiento del suelo o en la evaporación del agua. También puede ser que las plantas dispongan de grandes dispositivos de clorofila captadores de energía solar para aprovechar luz tenue (los fotones caen espaciadamente). Pero si la luz es muy intensa, los fotones de más podrían no encontrar suficientes centros activos y por eso se perderían, disminuyendo la eficacia global.

Existe, por tanto una limitación implícita en la misma organización del aparato que utiliza la luz.