Kim tự tháp sinh thái là một biểu diễn đồ họa cho thấy rằng đối với một hệ sinh thái nhất định, mối quan hệ giữa sinh khối hoặc năng suất sinh học và mức độ dinh dưỡng. Một kim tự tháp năng lượng minh họa lượng năng lượng cần thiết khi nó dịch chuyển lên trên để hỗ trợ mức dinh dưỡng tiếp theo. Chỉ khoảng 10% năng lượng được chuyển giữa mỗi cấp độ dinh dưỡng được chuyển thành sinh khối (hiểu theo nghĩa vật chất). Một kim tự tháp sinh khối cho biết lượng sinh khối ở mỗi cấp độ dinh dưỡng. Một kim tự tháp năng suất cho thấy sản lượng hoặc luân chuyển sinh khối ở mỗi cấp độ dinh dưỡng.

Một kim tự tháp sinh thái cung cấp một bức tranh nhanh về thời gian của một cộng đồng sinh thái. Phần đáy của kim tự tháp đại diện cho các sinh vật sản xuất sơ cấp (sinh vật tự dưỡng). Các sinh vật sản xuất sơ cấp lấy năng lượng từ môi trường dưới dạng ánh sáng mặt trời hoặc hóa chất vô cơ và sử dụng nó để tạo ra các phân tử giàu năng lượng như carbohydrate. Cơ chế này được gọi là sản xuất sơ cấp (Primary production). Sau đó, kim tự tháp tiếp tục đi qua các cấp độ dinh dưỡng khác nhau đến những kẻ săn mồi đỉnh cao ở trên cùng gọi là Động vật ăn thịt đầu bảng.

Khi năng lượng được chuyển từ cấp độ dinh dưỡng này sang cấp độ dinh dưỡng tiếp theo, thường chỉ có 10% được sử dụng để xây dựng sinh khối mới và 90% còn lại đi vào các quá trình trao đổi chất hoặc bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Sự mất mát năng lượng này có nghĩa là các kim tự tháp năng suất không bao giờ bị đảo ngược và thường giới hạn chuỗi thức ăn ở khoảng sáu cấp độ. Tuy nhiên, trong các đại dương, các kim tự tháp sinh khối có thể bị đảo ngược hoàn toàn hoặc một phần, với nhiều sinh khối hơn ở các tầng cao hơn.

Sinh vật tự dưỡng là nền tảng của chuỗi thức ăn của mọi hệ sinh thái. Chúng hấp thụ năng lượng từ môi trường dưới dạng ánh sáng hoặc chất hóa học vô cơ và dùng nó để tạo ra các phân tử giàu năng lượng ví dụ như cacbohydrat. Cơ chế này được gọi là quá trình sản xuất sơ cấp. Các tổ chức khác, được gọi là sinh vật dị dưỡng, lấy sinh vật tự dưỡng làm thức ăn để thực hiện các chức năng cần thiết cho sự sống. Vì thế, sinh vật dị dưỡng — tất cả các loài động vật, gần như tất cả các loại nấm, cũng như hầu hết vi khuẩn và động vật nguyên sinh; dựa vào sinh vật tự dưỡng, hay các sinh vật sản xuất sơ cấp, để thu năng lượng và các vật chất thô mà chúng cần.

Sinh vật dị dưỡng hấp thụ năng lượng bằng cách bẻ gãy các nguyên tử hữu cơ (cacbohydrat, chất béo và protein) thu được trong thức ăn. Các sinh vật ăn thịt phụ thuộc gián tiếp vào sinh vật tự dưỡng, bởi vì những dinh dưỡng hấp thụ được từ các con mồi dị dưỡng của chúng thì tới từ các sinh vật tự dưỡng mà những con mồi này đã tiêu hóa. Hầu hết các hệ sinh thái được hỗ trợ bởi quá trình sản xuất sơ cấp tự dưỡng của thực vật, quá trình này hấp thụ photon trước đó do mặt trời giải phóng. Quá trình quang hợp tách phân tử nước (H2O), giải phóng oxy (O2) vào không khí, và oxy hóa khử cacbon dioxide (CO2) để giải phóng nguyên tử hydro mà làm nhiên liệu cho quá trình trao đổi chất của quá trình sản xuất sơ cấp.

Ba cách cơ bản để sinh vật có thể kiếm được thức ăn là với tư cách sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ và sinh vật phân giải.

• Sinh vật sản xuất (sinh vật tự dưỡng) thường là thực vật hoặc tảo. Thực vật và tảo thường không ăn các sinh vật khác mà chúng lấy dinh dưỡng từ đất hoặc đại dương và tự sản xuất thức ăn cho bản thân bằng cách quang hợp. Vì lý do này, chúng được gọi là sinh vật sản xuất sơ cấp. Bằng cách này, năng lượng từ mặt trời thường là thứ cấp năng lượng cho cơ sở của chuỗi thức ăn.[18] Một ngoại lệ tồn tại ở những hệ sinh thái miệng phun thủy nhiệt dưới biển sâu, nơi không có ánh sáng mặt trời. Tại đây các sinh vật sản xuất sơ cấp sản xuất thức ăn thông qua một quá trình gọi là hóa tổng hợp.[19]
• Sinh vật tiêu thụ (sinh vật dị dưỡng) là các loài không thể tự sản xuất thức ăn của riêng chúng mà cần phải tiêu thụ các sinh vật khác. Động vật mà ăn những sinh vật sản xuất sơ cấp (như thực vật) thì được gọi là động vật ăn cỏ. Động vật mà ăn những động vật khác thì được gọi là động vật ăn thịt, và những động vật ăn cả thực vật và động vật khác được gọi là động vật ăn tạp.
• Sinh vật phân giải (sinh vật ăn mùn bã) phân giải vật chất và chất thải của động thực vật đã chết và nhả nó ra trở lại vào hệ sinh thái dưới dạng năng lượng và chất dinh dưỡng để tái chế. Các sinh vật phân giải, ví dụ như vi khuẩn và nấm, ăn chất thải và các vật chất chết, chuyển chúng thành các chất hóa học vô cơ có thể tái chết thành chất dinh dưỡng khoáng để thực vật có thể sử dụng lại.

Các bậc dinh dưỡng thường được đánh số, bắt đầu ở cấp 1 với thực vật. Các bậc cao hơn thì được đánh số tiếp sau dựa theo khoảng cách giữa chúng với cấp 1 trong chuỗi thức ăn.

• Cấp 1: Thực vật và tảo, chúng tự tạo ra thức ăn của mình và được gọi là sinh vật sản xuất sơ cấp.
• Cấp 2: Động vật ăn cỏ, ăn thực vật và được gọi là sinh vật tiêu thụ bậc 1.
• Cấp 3: Động vật ăn thịt, ăn động vật ăn cỏ và được gọi là sinh vật tiêu thụ bậc 2.
• Cấp 4: Động vật ăn thịt, ăn những động vật ăn thịt khác và được gọi là sinh vật tiêu thụ bậc 3.
• Cấp 5: Động vật ăn thịt đầu bảng, những loài không có loài săn chúng và ở đầu chuỗi thức ăn.