Organismer får energi ved to generelle metoder: ved lys eller ved kemisk oxidation. Produktive organismer, kaldet autotrofe organismer, omdanner lys eller kemikalier til energirige organiske forbindelser, der begynder med energifattig kuldioxid (CO2). Disse autotrofe organismer leverer energi til de andre organismer, heterotrofe organismer. Heterotrofe organismer er organismer, der får deres energi ved kontrolleret nedbrydning af allerede eksisterende organiske molekyler, eller føde. Mennesker er ligesom de fleste andre dyr, svampe, protister og bakterier heterotrofer.

Autotrofe organismer er ofte primærproducenter i deres økosystemer. De får deres nyttige frie energi fra andre kilder end føde: enten fra energien fra sollyset (fotoautotrofe organismer) eller fra oxidative kemiske reaktioner (kemoautotrofe organismer). Sidstnævnte form for metabolisme henviser til livsformer, der bruger uorganiske materialer (ammoniak, metan eller svovlbrinte) kombineret med ilt til at generere deres energi. Kun nogle bakterier er i stand til at skaffe energi ved at “forbrænde” uorganiske kemikalier.

Grønne planter er typiske fotoautotrofe organismer. Planter absorberer sollys for at generere ATP og for at adskille vand til ilt og brint. At nedbryde vandmolekylet, H2O, til brint og ilt kræver meget energi. Brinten fra vandet kombineres derefter i de “mørke reaktioner” med kuldioxid, CO2. Resultatet er produktionen af sådanne energirige organiske molekyler som sukker, aminosyrer og nukleotider. Ilten bliver til gassen O2, som frigives som affald tilbage i atmosfæren. Dyr, som udelukkende er heterotrofe, kan ikke leve af kuldioxid, sollys og vand med nogle få salte, som planter gør. De er nødt til at indånde atmosfærens ilt. Dyr kombinerer kemisk ilt med hydrogenatomer, som de fjerner fra deres føde – dvs. fra organiske materialer som sukker, protein og aminosyrer. Dyrene frigiver vand som et affaldsprodukt fra iltåndedrættet. Dyr bruger som alle heterotrofe organismer organiske materialer som deres eneste kulstofkilde. Denne omdannelse af kulstof giver et eksempel på et aspekt af et økologisk kredsløb, hvor et nødvendigt element strømmer gennem forskellige typer organismer, mens det ændrer sin oxidationstrin fra CO2 til (CH2O)n og tilbage til CO2.

Metaboliske kredsløb generelt – organismers udvinding af nyttig energi og fødevaremolekyler fra miljøets kildemateriale – kan beskrives i form af oxidations-reduktionsreaktioner. I tilfælde af iltrespiration accepterer iltmolekyler fra luften elektroner i sidste ende fra glukose eller aminosyrer. Ilten, som har en stor affinitet for elektroner, kaldes en elektronacceptor, mens glukose eller andre sukker- eller organiske molekyler er en elektrondonor. Dyrs respiration er prototypen på oxidations-reduktionsreaktioner, men det er bestemt ikke alle oxidations-reduktionsreaktioner (eller “redoxreaktioner”, som de ofte kaldes), der involverer ilt. Mange andre uorganiske forbindelser respireres eller “indåndes” på celleniveau. Biologiske elektronacceptorer ud over ilt omfatter nitrat, nitrit, sulfat, carbonat, elementært svovl og methanol. Biologiske elektrondonorer (bortset fra sukker og aminosyrer) omfatter hydrogen, nitrogenforbindelser (som ammoniak, nitrit), sulfid og methan. For at acceptor-donor-transformationer kan være tilgængelige for kemoautotrofer og heterotrofer i længerevarende perioder, er der behov for økologiske kredsløb. I geologisk set korte perioder kan organismer leve af en begrænset forsyning af materiale; men for at livet kan fortsætte på lang sigt, må der være en dynamisk stofcyklus, der involverer komplementære typer organismer, som er fremherskende. Hvis der findes liv på andre planeter, må de nødvendige grundstoffer og flydende vand være i kredsløb. En søgning efter sådanne omdannelser er en metode til at opdage udenjordisk liv.

Ud over energi har alle former for liv brug for kulstofkilder. Autotrofe organismer (kemosyntetiske og fotosyntetiske bakterier, alger og planter) får dette vigtige element fra kuldioxid. Heterotrofe organismer bruger foruddannede organiske forbindelser som deres kulstofkilde. Blandt autotroferne er der mange celletyper, der ikke er afhængige af lys for at generere ATP; de, der gør det uden lys, er de kemoautotrofe bakterier, herunder methanogenerne, ammoniakoxidatorer, sulfidoxidatorer, hydrogenoxidatorer og nogle få obskure andre. Faktisk har mindst fem metaboliske veje, der er helt forskellige fra hinanden, udviklet sig til at bruge kuldioxidgas. Den ene er den oxygeniske vej, der er beskrevet ovenfor, og som anvendes af planter, alger og cyanobakterier: Calvin-Benson-mørke-reaktionerne. Andre, mere uklare veje omfatter phosphoenolpyruvat (PEP), succinat og methanogenvejen. De skal alle bringe energifattig kuldioxid ind i organismernes energirige stofskifte af kulstof- og brintforbindelser. Alt liv på Jorden er afhængig af disse autotrofe reaktioner, der begynder med kuldioxid eller dets ækvivalent. Ækvivalenter som kulstofkilder i autotrofisk metabolisme omfatter carbonat-ionen, bikarbonat-ionen og carbonmonoxid. Som sædvanlig er bakteriernes repertoire med hensyn til metabolisk variation og virtuositet langt mere varieret end repertoiret hos eukaryoter – dvs. planter, dyr og andre organismer, der består af celler med kerner. Generelt er organismer med kerne, eukaryoter, enten fotolithoautotrofe organismer (dvs. alger og planter), der henter energi fra lys eller mineraler, eller kemo-organoheterotrofe organismer (dyr, svampe og de fleste protister), der henter energi og kulstof fra foruddannede organiske forbindelser (mad).