A diferencia de los flujos materiales en los que un mismo elemento puede ser usado varias veces circulando entre los componentes biótico y abiótico del ecosistema, la energía se va disipando en las transferencias.
Según la primera ley de la Termodinámica, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. La segunda ley postula que ningún proceso que implique transformación de la energía se verificará a menos que esa energía pase de un estado concentrado a uno disipado, es decir de un nivel de mayor energía a uno de menor. La energía utilizada por los seres vivos se transforma en calor, que se disipa y sale del ecosistema sin poder volver a ser utilizada de nuevo como fuente energética. Ningún proceso de transformación de energía es totalmente eficaz.
De la cantidad total de energía solar que llega a la Tierra sólo un 1% se fija mediante la fotosíntesis .
En los niveles heterótrofos, la eficacia en energía transferida es entre un 10 y un 20% . Este porcentaje es mayor en los niveles de carnívoros debido a la elevada cualidad nutritiva de la carne.
Como se pierde tanta energía en cada transferencia, la cantidad que persiste después de dos o tres transferencias sucesivas es tan pequeña que pocos organismos podrían sobrevivir con la cantidad de alimento que llegaría al final de una cadena trófica larga. Por eso las cadenas alimentarias se limitan a tener cuatro o cinco eslabones.
Una forma de cuantificar la eficiencia en la transferencia de energía es considerando el cociente:
Producción primaria neta / producción primaria bruta
Y en el caso de la producción secundaria:
(crecimiento + reproducción) / alimento ingerido
En el nivel animal, la eficiencia por término medio es mayor en los carnívoros que en los herbívoros y en estos mayor que en los detritívoros . La eficiencia media observada es de un 10%, es decir, de la energía existente en un determinado nivel trófico, sólo el 10% se utiliza para la síntesis de nueva materia orgánica en el siguiente nivel. Las pérdidas de energía química son debidas al desecho de materiales no asimilados y la combustión respiratoria de una fracción importante de los asimilados. La mayor parte se disipa en forma de calor.
Como se ha comentado la eficiencia ecológica es la relación entre la producción neta o la asimilación de un nivel determinado y la del nivel precedente en la cadena trófica.
Superponiendo barras horizontales de longitud proporcional al flujo de energía o a la producción en cada nivel sucesivo, se obtiene las pirámides ecológicas (pirámides de la energía, pirámides de la producción), cuya altura es función de la longitud de la cadena (número de barras más o menos elevado). Es decir que los carnívoros terminales de una cadena son tanto menos importantes cuanto más larga sea dicha cadena.
