Kruženje supstance i prenos energije su procesi koji se neprestalno dešavaju u ekosistemu. Supstanca koju organizmi uzimaju iz spoljašnje sredine prolazi kroz lanac ishrane i vraća se u zemljište, odakle dalje može da se koristi od strane organizama. Tako ona stalno kruži kroz ekosistem. Zbog te osobine ekosistem nazivamo otvorenim sistemom,jer supstanca može da uđe i izađe iz njega. Energija u ekosistem dospeva iz sunčevog zračenja, a proizvođači je pretvore u hemijsku energiju organskih molekula. Raznim hemijskim reakcijama, svojstvenim pojedinim procesima u organizmima članova lanca ishrane, ta energija se prenosi sve do razlagača.
Kruženje supstance u ekosistemu predstavlja tok kretanja supstance kroz lanac ishrane. To je neophodno iz sledećeg razloga: da bi živa bića mogla da rastu i razvijaju se, potrebno je da unose hranljive supstance. Pošto prirodni resursi nisu neograničeni, supstanca se mora vratiti u zemljište - zbog toga kažemo da kruži.
Proizvođači unose neorganske supstance iz okoline, iz nežive prirode, i uz pomoć sunčeve energije (procesom fotosinteze) stvaraju organska jedinjenja koja ostala živa bića (potrošači) mogu koristiti za ishranu. Dakle, potrošači prvog reda će, hraneći se proizvođačima, unositi u svoj organizam organska jedinjenja, i tako dalje, sve dok, kroz lanac ishrane, ta jedinjenja ne stignu do razlagača. Razlagači od organskih jedinjenja (uginulih živih bića) stvaraju neorganska jedinjenja koja se talože u zemljištu. Krug je zatvoren kada proizvođači, u procesu mineralne ishrane, usvoje neorganske supstance iz zemljišta, te uz pomoć Sunca, izgrade organska jedinjenja.
Drugi način kojim se jedinjenja vraćaju u zemljište jeste - izlučevinama.
Supstanca koja kruži sistemom sačinjena je od različitih hemijskih elemenata i jedinjenja, ali postoji nekoliko bitnih, čije tokove možemo pratiti zasebno.
Kruženje vode u prirodi predstavlja njen neprekidan tok između kopna, vazduha i vodenih basena. To je moguće zahvaljujući svojstvu vode da se pojavljuje u 3 agregatna stanja: čvrsto (led), tečno (voda) i gasovito (vodena para).
Voda iz velikih vodenih basena, kao što su mora i jezera, pod uticajem sunčeve toplote, neprekidno isparava. U atmosferi se hladi i kondezuje, pri čemu nastaju oblaci. Na kopno se vraća u vidu padavina - kiše, snega... Pri tom se na kopno vrati veća količina vode nego što je sa njega isparila, ali reke vrate vodu u jezera i mora, a neke od njih nose i vode koje nastaju otapanjem snega i leda, zavisno od godišnjeg doba.
S druge strane, voda ulazi u sastav svih živih bića. Biljke unose vodu korenovim sistemom, a koriste je za fotosintezu i odaju je transpiracijom. Transpiracija je proces odavanja vode u vidu vodene pare, sa listova biljke. Vodene biljke vodu unose celom površinom tela. Životinje koriste vodu za piće, a vraćaju je u ekosistem pomoću znoja, izlučevina i disanjem.
Kruženje ugljenika obuhvata njegov protok iz vazduha - do zemljišta, živih bića i vode, pa njegovo vraćanje u atmosferu. Ugljenik je u prirodi veoma zastupljen. U vazduhu se nalazi u obliku neorganskog jedinjenja - ugljen-dioksida CO , s učešćem od 0,03%. Velike količine se nalaze u zemljištu i fosilnim gorivima (ugalj i nafta). Za živi svet je veoma važan jer on preovladava u organskim jedinjenjima.
Biljke usvajaju ugljenik iz atmosfere u obliku neorganskog jedinjenja - ugljen-dioksida, te u procesu fotosinteze, uz pomoć vode stvaraju organska jedinjenja. Od njih dalje nastaju sva druga organska jedinjenja koja imaju svoj tok u lancu ishrane. Ugljenik se iz organizma izbacuje procesom disanja, u obliku CO , te time dospeva nazad u atmosferu. Razlagači iz organske materije izdvajaju CO pri procesima razlaganja organizama. Međutim, ne ode sav ugljenik iz organske materije u neorganskom obliku - taloženjem u zemljištu ili u vodenim basenima, u velikim vremenskim razmacima, od ugljenika nastaju fosilna goriva. Sagorevanjem fosilnih goriva, nastaje CO koji se vraća u atmosferu.
Kruženje azota obuhvata njegovo usvajanje iz atmosfere - u vodu, zemljište i živa bića, a zatim povratak u atmosferu. Azot je važan elemenat, gas, bez boje i mirisa, koji je u vazduhu zastupljen sa 78%. U živim bićima je takođe prisutan, iz razloga što gradi proteine i nukleinske kiseline.
Većina živih bića ne može da koristi atmosferski azot u svojoj ishrani. Dakle, u ovom slučaju su potrebni posrednici između nežive prirode i proizvođača. To su bakterije koje imaju mogućnost da preuzmu azot iz atmosfere i da ga ugrade u neorganska jedinjenja - nitrate. Taj proces ugradnje azota u jedinjenja iskoristiva drugim živim bićima naziva se azotofiksacija, a bakterije su azotofiksatori. Biljke preko korena mogu da upiju nitrate iz zemljišta, a tako dobijeni azot da ugrade u organska jedinjenja - nukleinske kiseline i aminokiseline. Aminokiseline grade proteine. Preko lanca ishrane stiže do razlagača koji proteine i nukleinske kiseline razlažu na nitrate, opet dostupne biljkama.
Mala količina azota dospeva u obliku azotne kiseline u zemljište, putem kiselih kiša. U atmosferi se dešavaju elektronska pražnjenja i tada se azot veže za kiseonik, gradeći azotni oksid koji s kišom pada na tlo. Azotna kiselina se u zemljištu pretvara u nitrate, koji onda zajedno sa nitratima od koje stvaraju azotofiksatori, ulaze u proces kruženja azota kroz ekosistem.
Energija u ekosistem dolazi putem sunčevog zračenja, tj. u vidu svetlosne energije. Jedan deo te energije se odbija od površine zemlje, biljaka i životinja, a drugi deo ulazi u lance ishrane: proizvođači upijaju energiju i pretvaraju je u hemijsku energiju jedinjenja. Tako se energija prenosi kroz lanac ishrane, sve do razlagača, s tim da u svaki naredni nivo pređe sve manje energije, jer se utroši na zagrevanje tela i na životne procese. Konačno, energija ode van ekosistema u vidu toplotne energije.
U procesu fotosinteze biljke mogu da koriste samo jedan deo energije sunčevog zračenja, tačnije, samo jedan deo spektra svetlosti - tzv. vidljivi deo spektra.Ta vidljiva svetlost čini oko 50% ukupne količine sunčevog zračenja koji dospeva do površine zemlje.
Sukcesije su postepene promene ekosistema na istom prostoru u toku dužeg ili kraćeg perioda. U toku tog perioda, ekosistem prolazi kroj stadijume razvoja, što znači da se sastav i struktura biocenoze menjaju i da biotop menja karakteristike. Sukcesije najjasnije možemo pratiti na prostoru koji nije naseljen - biološki prazan prostor. Na goloj steni prvo žive organizmi koji nisu mnogo zahtevni. Ti organizmi grade pionirsku zajednicu. To su lišajevi, mahovine i pojedine jednogodišnje zeljaste biljke. Kasnije dolaze dugogodišnje biljke i ima sve više vrsta. Takva biocenoza je prelazni stadijum u sukcesiji. Sve više biljaka se naseljava i time se ređaju brojni prelazni stadijumi. Na kraju, kada izgled ekosistema određuju uglavnom drvenaste vrste, biocenoza je usklađena sa uslovima i takva zajednica se naziva klimaks.
Jezera naseljavaju vodene biljke i vodene životinje. Vremenom, usled taloženja organskih supstanci (uginule biljke i životinje, izlučevine...) zapremina vode se smanjuje, tj. jezero postaje pliće. Tu počinju da rastu zeljaste biljke, pa žbunovi, te na kraju i drveće. Tako na mestu gde je bilo jezero, postane šuma.
