Energia ja toitained ehk kemikaalid voolavad läbi ökosüsteemi. Kui energia voolab läbi ökosüsteemi ja seda ei saa taaskasutada, siis toitained ringlevad ökosüsteemis ja neid taaskasutatakse. Nii energiavoog kui ka keemiline ringlus aitavad määratleda ökosüsteemi struktuuri ja dünaamikat.
Esmatootjad
Esmatootjad, nagu taimed või fütoplankton, kasutavad fotosünteesi abil suhkru sünteesimiseks päikeseenergiat ja on kogu ökosüsteemi energiaallikad. Esmatootjad vajavad kasvamiseks ka toitaineid või kemikaale nagu lämmastik, fosfor ja raud. Toitained ja suhkrud on kättesaadavad esmatarbijatele, taimtoidulistele, kes söövad esmatootjaid, ja järeltarbijatele, kiskjatele, kes söövad esmatarbijaid.
Rattasõit
Ökosüsteemi kaudu voolavat energiat ei saa taaskasutada. Tarbijad kasutavad teistelt organismidelt võetud suhkruid, rasvu ja valke energiaallikana rakkude kasvatamiseks ja säilitamiseks. Nad kaotavad osa sellest energiast soojusena. Toitained töödeldakse ümber lagundamise teel. Kui esmatootjad või tarbijad surevad, saavad seened ja muud lagundajad energiat nende lagundamise teel jäägid ja tagastavad selle käigus peamised toitained nagu lämmastik pinnasesse, et esmatootjad saaksid seda kasutada neid.
Kaalutlused
Energia ja toitainete kättesaadavus võivad ökosüsteemi tootlikkust piirata. Näiteks avamerel on valgust pinnal küllaga, kuid kaugemal allpool on neid vähe. Veelgi enam, ka selliseid toitaineid nagu lämmastik ja raud on vähe, on tootlikkus piiratud. Ookeani piirkondades, kus kasvamine toob toitaineid pinnale - nagu näiteks Tšiili ranniku lähedal mitte-El Nino-aastail - suureneb tootlikkus.