生態(tài)系統(tǒng)除了需要能量外，還需要水和各種礦物元素。這首先是由于生態(tài)系統(tǒng)所需要的能量必須固定和保存在由這些無機物構(gòu)成的有機物中，才能夠沿著食物鏈從一個營養(yǎng)級傳遞到另一個營養(yǎng)級，供各類生物需要。否則，能量就會自由地散失掉。其次，水和各種礦質(zhì)營養(yǎng)元素也是構(gòu)成生物有機體的基本物質(zhì)。因此，對生態(tài)系統(tǒng)來說，物質(zhì)同能量一樣重要。
生物有機體在生活過程中，大約需要30—40種元素。其中如C、O、H、N、P、K、Na、Ca、Mg、S等元素的需要量很大，稱為大量元素；另一些元素雖然需要量極少，但對生命是不可缺少的，如B、Cl、Co、Cu、I、Fe、Mn、Mo、Se、Si、Zn等，叫做微量元素。這些基本元素首先被植物從空氣、水、土壤中吸收利用，然后以有機物的形式從一個營養(yǎng)級傳遞到下一個營養(yǎng)級。當動植物有機體死亡后被分解者生物分解時，它們又以無機形式的礦質(zhì)元素歸還到環(huán)境中，再次被植物重新吸收利用。這樣，礦質(zhì)養(yǎng)分不同于能量的單向流動，而是在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)一次又一次地利用、再利用，即發(fā)生循環(huán)，這就是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)或生物地球化學循環(huán)。
物質(zhì)循環(huán)的特點是循環(huán)式，與能量流動的單方向性不同。能量流動和物質(zhì)循環(huán)都是借助于生物之間的取食過程進行的，在生態(tài)系統(tǒng)中，能量流動和物質(zhì)循環(huán)是緊密地結(jié)合在一起同時進行的，它們把各個組分有機地聯(lián)結(jié)成為一個整體，從而維持了生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)存在。在整個地球上，極其復雜的能量流和物質(zhì)流網(wǎng)絡系統(tǒng)把各種自然成分和自然地理單元聯(lián)系起來，形成更大更復雜的整體——地理殼或生物圈。