為地球上生命機器繞緊弦的是光合作用。地球上有一些自由能的來源火山或溫泉的熱量，地殼中某些元素的放射性，然而這些來源必竟是稀少而分散的。地球上生物的普遍分布是與從地球以外供應的、極為豐富的自由能來源緊密聯(lián)系的，這種自由能就是從太陽輻射到地球上的日光能，植物的光合作用是把日光給生命之鐘繞緊弦的過程。

從植物的光合作用中看到，熱力學一定律在廣泛的范圍內可得到證實，生命活動的能量來自光能。熱力學第二定律認為，這是不可能的。生活的有機體不能違反熵的原則，不可能不付出任何代價地從無序狀態(tài)產生有序狀態(tài)，其結果只能是熵的增加，除了某些細菌以外，所有生物的生命活動所需的自由能都來自光合作用的逆轉。

人們時常談到“有機物質的含能量”，這是一種草率的說法。燃燒能不能在有機物質中利用，而在有機物質+氧的系統(tǒng)中才有用，為了給生命過程提供能量，有機物質和氧(兩者都從光合作用中產生)必須有機會進行逆反應，即光合作用的逆轉。這個逆反應就是呼吸作用，這是一個緩慢的、有節(jié)制的燃燒，沒有氧氣的生命活動即無氧生活，只存在于某些不需氧、而能從化學反應中取得能量的微生物中。

生物可以利用從食物(動物)得到的物質，或者它們自己由二氧化碳和水合成的物質(植物)作為呼吸基質，后者稱之為內源呼吸但是有不少植物也可利用外界供給的有機物質(食肉植物甚至可以消化昆蟲!)這是外源呼吸。動物只可能有外源呼吸。從化學反應總結果看，呼吸作用是光合作用的逆轉，這兩個過程不同之處在于，一個物質向高能位轉運，因而需要由外界供應大量的自由能；而另一個是物質由高能位走向低能位，不需要這種供應。