توجد النظم البيئية تحت الأرض، وعلى اليابسة، وفي البحر، وفي الجو. تكتسب الكائنات الحية في النظام البيئي الطاقة بطرق متنوعة، والتي تنتقل بين المستويات الغذائية بينما تتدفق الطاقة من قاعدة الشبكة الغذائية إلى قمتها، مع فقدان الطاقة عند كل انتقال. تُفقد الطاقة عند كل مستوى غذائي، لذلك فإن أطوال السلاسل الغذائية محدودة لأنه توجد نقطة لا يتبقى فيها ما يكفي من الطاقة لدعم جماعة من المستهلكين. تتضخم المركبات الذائبة في الدهون حيويًا صعودًا في السلسلة الغذائية مسببة ضررًا للمستهلكين القميين، حتى عندما تكون التركيزات البيئية للسم منخفضة.

تُعاد تدوير المغذيات المعدنية عبر النظم البيئية وبيئتها. ومن الأهمية بمكان الماء والكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت. تؤثر جميع هذه الدورات بشكل كبير على بنية النظام البيئي ووظيفته. نظرًا لأن الأنشطة البشرية تسببت في اضطرابات كبيرة لهذه الدورات، فإن دراستها ونمذجتها مهمة بشكل خاص. تضررت النظم البيئية بفعل مجموعة متنوعة من الأنشطة البشرية التي تغير الدورات البيوجيوكيميائية الطبيعية بسبب التلوث، وانسكابات النفط، والأحداث المسببة لتغير المناخ العالمي. تعتمد صحة الغلاف الحيوي على فهم هذه الدورات وكيفية حماية البيئة من التلف الذي لا يمكن إصلاحه.

تحتوي الأرض على مناطق أحيائية أرضية ومائية. تشمل المناطق الأحيائية المائية بيئات المياه العذبة والبحرية. هناك ثماني مناطق أحيائية أرضية رئيسية: الغابات الاستوائية المطيرة، السافانا، الصحاري شبه المدارية، الشابارال، المراعي المعتدلة، الغابات المعتدلة، الغابات الشمالية، والتندرا القطبية. يمكن أن توجد المنطقة الأحيائية نفسها في مواقع جغرافية مختلفة ذات مناخات متشابهة. تعد درجة الحرارة وهطول الأمطار، والاختلافات في كليهما، عوامل لاأحيائية رئيسية تشكل تركيب المجتمعات الحيوانية والنباتية في المناطق الأحيائية الأرضية. تتميز بعض المناطق الأحيائية، مثل المراعي المعتدلة والغابات المعتدلة، بمواسم متميزة تتناوب فيها الأجواء الباردة والساخنة على مدار العام. في المناطق الأحيائية الدافئة والرطبة، مثل الغابات الاستوائية المطيرة، تكون صافي الإنتاجية الأولية عالية حيث تغذي درجات الحرارة الدافئة والمياه الوفيرة وموسم النمو على مدار العام نمو النباتات. بينما تتميز المناطق الأحيائية الأخرى، مثل الصحاري والتندرا، بإنتاجية أولية منخفضة بسبب درجات الحرارة القصوى ونقص المياه.

تشمل المناطق الأحيائية المائية كلاً من المناطق الأحيائية المالحة والعذبة. يمكن أن تختلف العوامل اللاأحيائية المهمة لتشكيل المناطق الأحيائية المائية عن تلك الموجودة في المناطق الأحيائية الأرضية. يعد ضوء الشمس عاملاً مهمًا في المسطحات المائية، خاصة العميقة جدًا منها، نظرًا لدور التمثيل الضوئي في استدامة كائنات حية معينة. تشمل العوامل المهمة الأخرى درجة الحرارة، وحركة الماء، ومحتوى الملح. يمكن اعتبار المحيطات تتكون من مناطق مختلفة بناءً على عمق الماء، والمسافة من خط الشاطئ، واختراق الضوء. تتكيّف أنواع مختلفة من الكائنات الحية مع الظروف الموجودة في كل منطقة. الشعاب المرجانية هي أنظمة بيئية بحرية فريدة من نوعها وتعد موطنًا لمجموعة واسعة من الأنواع. توجد مصبات الأنهار حيث تلتقي الأنهار بالمحيط؛ وتوفر مياهها الضحلة الغذاء والمأوى للقشريات الصغيرة، والرخويات، والأسماك، والعديد من الأنواع الأخرى. تشمل المناطق الأحيائية للمياه العذبة البحيرات، والبرك، والأنهار، والجداول، والأراضي الرطبة. المستنقعات هي نوع مثير للاهتمام من الأراضي الرطبة يتميز بالمياه الراكدة، ودرجة حموضة أقل، ونقص النيتروجين.