生態系統除了需要能量外，還需要水和各種礦物元素。這首先是由于生態系統所需要的能量必須固定和保存在由這些無機物構成的有機物中，才能夠沿著食物鏈從一個營養級傳遞到另一個營養級，供各類生物需要。否則，能量就會自由地散失掉。其次，水和各種礦質營養元素也是構成生物有機體的基本物質。因此，對生態系統來說，物質同能量一樣重要。
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級傳遞到下一個營養級。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元素歸還到環境中，再次被植物重新吸收利用。這樣，礦質養分不同于能量的單向流動，而是在生態系統內一次又一次地利用、再利用，即發生循環，這就是生態系統的物質循環或生物地球化學循環。
物質循環的特點是循環式，與能量流動的單方向性不同。能量流動和物質循環都是借助于生物之間的取食過程進行的，在生態系統中，能量流動和物質循環是緊密地結合在一起同時進行的，它們把各個組分有機地聯結成為一個整體，從而維持了生態系統的持續存在。在整個地球上，極其復雜的能量流和物質流網絡系統把各種自然成分和自然地理單元聯系起來，形成更大更復雜的整體——地理殼或生物圈。