Hrana este țesutul vegetal și animal, precum și celulele microbiene consumate de organisme. Aceste structuri organice sunt descompuse în molecule digerabile care adăpostesc energie chimică în legăturile lor. Energia alimentară se referă la sursa potențială de energie celulară disponibilă în legăturile chimice ale alimentelor.
Toate ființele vii consumă energie în procesul de creștere și reproducere. Sursa întregii energii disponibile vieții pe Pământ este soarele, un reactor termonuclear care se învârte în siguranță în spațiu. Prin procesul de fotosinteză, plantele transformă energia luminoasă în energie chimică, folosind o parte din acea energie pentru propriile nevoi celulare. Alte forme de viață, inclusiv oamenii, consumă plante pentru a produce sisteme biologice complexe și, la rândul lor, furnizează surse suplimentare de energie chimică în țesuturile lor corpului altor organisme. Ierarhia dintre aceste diferite organisme se numește lanț trofic sau rețea trofică.
Conținutul de energie al alimentelor poate fi calculat prin arderea materialului până când acesta este consumat complet. Produșii reacției de ardere vor fi dioxid de carbon, cenușă, apă și căldură. Căldura degajată este captată și măsurată prin efectuarea reacției într-un radiator, cum ar fi un vas de ardere cu manta de apă numit calorimetru. Această căldură este energia totală disponibilă în alimente și stă la baza caloriilor utilizate în mod obișnuit. Rețineți că caloriile utilizate în etichetarea alimentelor sunt echivalente cu 1,000 de calorii (1 kcal sau 4.182 kilojuli) de energie, măsurată.
În sistemul digestiv al unui organism, alimentele sunt transformate în substanțe chimice care pot fi absorbite în celule direct sau indirect dintr-un sistem de livrare circulant, cum ar fi sângele. Oamenii sunt capabili să obțină carbohidrați, lipide scurte și proteine ca surse de nutriție. Alți factori care ajută la formarea țesuturilor sunt absorbiți nu pentru conținutul lor de energie, ci ca catalizatori de reacție, cofactori sau compuși pe care organismul nu îi poate produce, cum ar fi aminoacizii esențiali.
În interiorul celulei, conținutul de carbon al moleculelor alimentare este oxidat la dioxid de carbon sau alte molecule care conțin oxigen. Eliberarea de energie din conversie este captată de un lanț de molecule care transferă electroni, inclusiv adenozin trifosfat (ATP). Moleculele permit reacții care construiesc structuri făcute termodinamic posibile prin scăderea energiilor de activare.
Energia alimentară este sursa de energie pentru utilizarea curentă și baza formării țesuturilor. O parte din energia alimentară depășește nevoile organismului și este stocată în diferite molecule pentru utilizare ulterioară. Procesul de transformare a energiei alimentare în activități celulare curente sau în creșterea celulelor se numește metabolism. Diferitele organisme chiar și ale aceleiași specii îndeplinesc această sarcină la nivel macro, cu eficiențe diferite. Când cei care fac dietă spun că își urmăresc caloriile, înseamnă că încearcă să-și controleze aportul de energie alimentară pentru a evita adăugarea unei capacități suplimentare de stocare pentru moleculele care stochează energie în exces.