La cantidad de energía fijada en los tejidos de los organismos autótrofos por unidad de área se denomina producción primaria, mientras la velocidad a la que se fija dicha energía se denomina productividad primaria. Por lo tanto, la productividad se expresa en kilocalorías/unidad de área/unidad de tiempo.
La energía captada por los organismos autótrofos es utilizada para dos fines: para el mantenimiento de su metabolismo, a través de la respiración, y para la producción de estructuras y tejidos nuevos —como hojas, raíces y frutos—. La cantidad total de energía que la planta aprovecha durante la fotosíntesis para estos dos fines se denomina productividad bruta, mientras la productividad neta es la que se destina para la formación de tejidos nuevos, de los cuales pueden disponer los herbívoros. Para los ecólogos es muy importante calcular la productividad neta de los ecosistemas porque representa la cantidad de energía disponible para los organismos heterótrofos, incluidos los humanos.
Los diferentes tipos de ecosistemas varían en cuanto a su productividad primaria, pues ésta depende de factores físicos, como la precipitación y la temperatura. Los ecosistemas con precipitaciones anuales abundantes y altas temperaturas —como los bosques tropicales— tienen una productividad mayor que aquéllos con menor disponibilidad de agua, aunque tengan temperaturas altas —como los desiertos—, así como los que tienen mayor disponibilidad de agua, pero presentan temperaturas bajas —bosque de coníferas—. Asimismo, la productividad presenta variaciones estacionales en los diferentes ecosistemas, sobre todo en aquellos en los que hay plantas caducifolias que pierden sus hojas en ciertas épocas del año —secas y frías.
La disponibilidad de ciertos nutrientes, como el nitrógeno o el fósforo, también tiene un papel importante en la productividad de los ecosistemas; esto es particularmente evidente en los acuáticos, pues los productores primarios se encuentran en la superficie, mientras los nutrientes se concentran en el fondo. Los ecosistemas acuáticos más productivos son los de aguas someras o superficiales, donde la circulación continua de los nutrientes permite que éstos regresen fácilmente a la zona donde se encuentran los fotosintetizadores. Ejemplos de estos ecosistemas son los arrecifes de coral y los estuarios, entre otros; mientras en el mar abierto están las regiones con menor productividad, debido a la separación tan marcada entre la zona en donde ocurre la descomposición y el área donde se da la fotosíntesis.
Cuando los herbívoros se alimentan de los productores, no toda la energía se utiliza, pues generalmente el herbívoro sólo se alimenta de algunas estructuras de la planta. De los tejidos que consume, una parte se asimila, mientras que otra es eliminada como orina y heces. La energía asimilada se utiliza tanto para la respiración como para la elaboración de nuevos tejidos; esta última constituye la productividad secundaria, que se define como la velocidad de asimilación de la energía que consumen los organismos heterótrofos, a través de la alimentación. Debido a que la productividad secundaria depende de la primaria, los factores ambientales que influyen en la segunda también afectan indirectamente la productividad en los organismos heterótrofos. Asimismo, existen variaciones entre los heterótrofos con respecto a su eficiencia para la asimilación de energía; por ejemplo, los chapulines son más eficientes que los pulgones (áfidos).
