一次生産

生態系の中で一次生産者が獲得したエネルギーの総量を総一次生産（GPP）といいます。しかし、このエネルギーのうち、生産者は一部を代謝プロセスに利用し、一部は熱として失われ、次の階層が利用できるエネルギー量は減少します。残りの利用可能なエネルギー量を純一次生産性（NPP）といいます。陸上生態系では、NPPは気候によって左右され、水生生態系では、光の透過性と栄養の利用可能性がNPPを左右します。

総一次生産

生物がエネルギーを得るには、光合成、化学合成、他の生物の消費の3つの方法があります。自家栄養生物（生産者）は、自分で食物を合成します。化学独立栄養生物は、太陽光が得られない生態系において、深海の熱水噴出孔からの硫化水素などの化学物質をエネルギー源として利用し、光独立栄養生物は、太陽光からのエネルギーを他の生物が利用できるエネルギーに変換します。これらの生産者がエネルギーを得て変換する速度は、生態系の総一次生産（GPP）として知られており、生態系内の一次生産者が蓄積したエネルギーの総量を示す指標でもあります。

純一次生産

しかし、生産者が得たエネルギーのすべてが、生態系内の他の生物に利用されるわけではないです。化学合成でも光合成でも、エネルギーは一次生産者の細胞呼吸の燃料として使われ、一部は代謝過程の副産物として熱として失われます。一次生産者による呼吸と代謝の後に残ったエネルギーは純一次生産量（NPP）と呼ばれ、次の階層の一次消費者が利用できるようになります。

生態系のNPP

NPPが最も高い生態系は、熱帯の湿潤熱帯雨林や河口であり、これは気温が高く、湿度が高く、栄養分が流入していることが影響しています。生産性の低い生態系としては、砂漠や北極などが挙げられます。これらは乾燥していて、暑すぎたり寒すぎたりするため、植物の成長は速くないです。

水生生態系では、光と栄養の量が一次生産を左右します。沿岸の浅瀬や深海・湖沼の表層では、光の透過性によって高い一次生産性が得られます。深海や湖の表層では、地球上の酸素の約40％を生産する植物プランクトンが繁茂し、浅い海では、多種多様なサンゴ礁や水生植物が繁茂しています。

栄養素が流入する地域では、一次生産量が例外的に高くなります。例えば、窒素を多く含む淡水と海水が混ざり合う河口や、深海の有機物が海面に循環する海洋湧昇部などです。リンや窒素などの多量栄養素が流入すると、光合成を行う生物の成長を制限する要因となるため、一次生産量が増加します。しかし、農作物の流出によってこれらの栄養素が過剰に流入すると、藻類や植物プランクトンの数が急激に増加し、水中の酸素が失われ、水生生物に悪影響を及ぼすことがあります（富栄養化）。