Todos los organismos dependen de la energía contenida en los alimentos para vivir. Las plantas sintetizan hidratos de carbono, grasas y proteínas durante los periodos en que reciben luz solar, y almacenan estos compuestos para utilizarlos cuando el crecimiento les obliga a consumir grandes cantidades de energía.
La energía que contienen los alimentos se expresa en calorías o julios; en el metabolismo energético, la unidad utilizada suele ser la kilocaloría, que es la cantidad de energía necesaria para elevar en 1 ºC la temperatura de 1 kg de agua. Los hidratos de carbono tienen un contenido medio de 4,1 kilocalorías (17 kilojulios) por gramo; las proteínas de 4,2 kilocalorías (17,5 kilojulios), y las grasas de 9,3 kilocalorías (39 kilojulios). Los organismos recurren a unos u otros tipos de alimentos para satisfacer necesidades especiales. El zorro ártico, por ejemplo, depende casi exclusivamente de las grasas, ligeras y de elevado rendimiento energético. Las semillas, que deben pesar poco y, al mismo tiempo, almacenar grandes cantidades de energía, contienen casi siempre un elevado porcentaje de grasas y aceites. Por el contrario, los árboles cuentan con abundante espacio de almacenamiento en las raíces, y utilizan casi exclusivamente hidratos de carbono en forma de sacarosa.
Cuando los alimentos, en especial hidratos de carbono y grasas, se queman en el organismo animal, rinden la misma cantidad de calorías por gramo que cuando arden rápidamente en un calorímetro de laboratorio. Los aparatos mecánicos desarrollan la misma cantidad de calorías por gramo de combustible que los organismos vivientes. Tanto los sistemas mecánicos como los orgánicos desprenden también grandes cantidades de energía calorífica y proporciones pequeñas de energía útil. El músculo animal rinde casi una caloría útil por cada cuatro desprendidas en forma de calor. Pero, en los organismos animales el calor no se desperdicia por completo, pues es muy necesario (sobre todo en los animales de sangre caliente) para conservar la temperatura del cuerpo y para inducir las reacciones metabólicas, que a temperaturas más bajas serían demasiado lentas y no podrían sostener las funciones orgánicas.
Aunque las células vivas se ajustan a las mismas leyes de transformación de la energía que las máquinas, son mucho más versátiles. Una característica exclusiva de los organismos vivos es la capacidad para consumir los propios tejidos una vez agotadas todas las demás fuentes de energía; otra es que, en lugar de liberar la energía de manera radical utilizando compuestos de combustión rápida, como ocurre en un motor de automóvil, la liberan paso a paso a lo largo de cadenas de reacciones químicas. La energía que desprende una reacción sirve para iniciar otra, de modo que se libera poco a poco a costa de una fatiga celular mínima.
