Kalte Quellen und hydrothermale Quellen sind Strukturen auf dem Meeresboden, die Biome völlig unabhängig von der Sonnenenergie unterstützen. Kalte Quellen setzen langsam Schwefelwasserstoff, Methan und andere kohlenwasserstoffreiche Flüssigkeiten frei, während hydrothermale Quellen geothermisch erhitztes Wasser freisetzen, das reich an denselben gelösten Mineralien ist. Da der Meeresboden normalerweise 2-3 Meilen (3.2 – 4.8 km) von der Oberfläche entfernt ist, sind diese Biome für Millionen von Jahren völlig dunkel. Sie stehen auch aufgrund des Gewichts des darüber liegenden Wassers unter starkem Druck – hydrothermale Schlot- und Kaltwasserbiome haben normalerweise einen Umgebungsdruck, der ein paar hundert Mal höher ist als an der Oberfläche.
Kalte Quellen und hydrothermale Quellen sind die einzigen Langzeitbiome, deren Primärproduzenten nicht von der Photosynthese abhängig sind. Anstelle photosynthetischer Bakterien oder Pflanzen, die das Rückgrat des Ökosystems bilden, wird diese Funktion von chemotrophen Bakterien und Archaeen erfüllt, die eine enge symbiotische Beziehung zu heterotrophen Organismen haben, die sie verzehren. Im Gegenzug können größere Organismen – riesige Röhrenwürmer, Muscheln und Garnelen – diese zum Überleben verzehren.
Neben der vielfältigen Biota, die hydrothermale Quellen und kalte Quellen beherbergen, besitzen sie auch interessante geologische Merkmale. Hydrothermale Quellen können schwarze Raucher sein, Geysire, die trübes Wasser mit einer Temperatur von 400 ° C (752 ° F) ausstoßen, oder weiße Raucher, die ungefähr die gleiche Temperatur haben, aber weiße Wolken anstelle von schwarzen ausstoßen. Da der Druck in diesen Tiefen so groß ist, kocht das Wasser nicht, sondern bleibt in flüssiger Phase. Wenn die überhitzten Lösungen mit dem kalten Wasser in Kontakt kommen, fallen Mineralien schnell aus und erzeugen Schornsteinstrukturen, die bis zu 60 m (197 ft) hoch werden können, bevor sie einstürzen.
Kalte Quellen ähneln Seen auf dem Meeresgrund. Die kalten Quellen geben ihre Flüssigkeiten in Form von Sole ab, die sich, da sie dichter als typisches Wasser ist, am Boden absetzt. An den Rändern dieser Sole-Seen beobachten wir viele tausend Muscheln, die von den chemotrophen Bakterien leben, die sich von den Sulfiden und dem Methan ernähren, das aus den kalten Quellen austritt. Kalte Quellen, die stabiler sind als hydrothermale Quellen, beherbergen einige langlebige Lebensformen, darunter Röhrenwürmer, die zwischen 170 und 250 Jahre alt werden, die längsten aller bekannten nichtkolonialen Wirbellosen.