Un écosystème aquatique produit constamment de la matière vivante. Celle-ci est progressivement transformée en matière organique morte, qui est elle-même ensuite lentement minéralisée, en partie ou en totalité.

D’une manière schématique, un écosystème aquatique peut être divisé en trois compartiments biologiques.

Les producteurs : ce sont essentiellement tous les végétaux qui utilisent tous la lumière solaire comme source d’énergie pour fabriquer, par photosynthèse, les matières organiques dont ils ont besoin pour croître ; ce faisant, les plantes aquatiques consomment le gaz carbonique dissous dans l’eau, les nutriments dissous que sont surtout l’azote, le phosphore et la silice, ainsi que divers autres constituants minéraux, et elles rejettent de l’oxygène ; les principaux producteurs sont les algues microscopiques du phytoplancton ;

Les consommateurs : ce sont soit des herbivores stricts, comme certaines espèces du zooplancton qui se nourrissent de phytoplancton ou certaines espèces d’invertébrés et de poissons qui se nourrissent d’algues et d’autres végétaux fixés sur le fond, soit des espèces plus omnivores consommatrices de végétaux, de zooplancton et autres invertébrés, soit enfin des espèces strictement carnivores, comme certains gros poissons qui se nourrissent des plus petits, ou encore certains oiseaux et petits mammifères ; ces animaux respirent en consommant l’oxygène produit par les plantes et en rejetant du gaz carbonique ;

Les décomposeurs : ce sont les micro-organismes, comme les bactéries aérobies ou les champignons, qui se repaissent de toute la matière organique morte et biodégradable présente dans le milieu aquatique, qu’elle soit produite par les autres organismes (telles les sécrétions animales) ou issue de leur décomposition, ou encore qu’elle provienne d’eaux de ruissellement, d’eaux infiltrées dans les sols ou d’eaux usées rejetées par les hommes ; pour dégrader ces matières organiques, les décomposeurs utilisent l’oxygène produit par les plantes.

Le cycle de la matière

Le rôle des décomposeurs, bactéries et champignons, est prépondérant car en décomposant les matières organiques, ils participent à l’épuration des écosystèmes aquatiques. En outre, en transformant les matières organiques complexes en substances minérales simples dont les producteurs, les végétaux, ont besoin, c’est-à-dire en recyclant les matières organiques, les décomposeurs referment en quelque sorte la boucle qui, des producteurs, mène aux consommateurs puis aux décomposeurs, une boucle que l’on a coutume d’appeler la chaîne alimentaire, ou chaîne trophique.
En réalité, les échanges au sein de la biocénose d’un écosystème aquatique, que ce soit des échanges d’énergie ou de matière, sont loin d’être aussi linéaires : car en fait il n’y a pas une, mais de multiples chaînes alimentaires, toutes construites sur le même modèle, qui se croisent et s’entremêlent au sein de réseaux trophiques dans lesquels chaque organisme interagit avec plusieurs autres et à chaque fois de manière spécifique..

Un écosystème est également caractérisé par les échanges cycliques de matière qui s’établissent entre le biotope et la biocénose et qui constituent des cycles biogéochimiques dont les plus importants concernent l’eau, le carbone, l'oxygène, l’azote, le soufre et le phosphore.