O alimento é o tecido vegetal e animal, bem como as células microbianas consumidas pelos organismos. Essas estruturas orgânicas são quebradas em moléculas digestíveis que abrigam energia química dentro de suas ligações. A energia alimentar refere-se à fonte potencial de energia celular disponível nas ligações químicas dos alimentos.
Todas as coisas vivas consomem energia no processo de crescimento e reprodução. A fonte de toda a energia disponível para a vida na Terra é o sol, um reator termonuclear girando com segurança no espaço. Por meio do processo de fotossíntese, as plantas transformam a energia da luz em energia química, usando parte dessa energia para suas próprias necessidades celulares. Outras formas de vida, incluindo humanos, consomem plantas para produzir sistemas biológicos complexos e, por sua vez, fornecem fontes adicionais de energia química em seus tecidos corporais para outros organismos. A hierarquia entre esses vários organismos é chamada de cadeia alimentar ou teia alimentar.
O conteúdo energético dos alimentos pode ser calculado queimando o material até que seja totalmente consumido. Os produtos da reação de combustão serão dióxido de carbono, cinzas, água e calor. O calor liberado é capturado e medido realizando a reação em um dissipador de calor, como um vaso de combustão com camisa de água chamado calorímetro. Este calor é a energia total disponível no alimento e é a base da caloria comumente usada. Observe que a caloria usada na rotulagem dos alimentos é equivalente a 1,000 calorias (1 kcal ou 4.182 quilojoules) de energia, conforme medido.
No sistema digestivo de um organismo, o alimento é convertido em substâncias químicas que podem ser absorvidas pelas células direta ou indiretamente a partir de um sistema de distribuição circulante, como o sangue. Os humanos são capazes de adquirir carboidratos, lipídios curtos e proteínas como fontes de nutrição. Outros fatores que auxiliam na construção do tecido são absorvidos não por seu conteúdo de energia, mas como catalisadores de reação, co-fatores ou compostos que o corpo não pode produzir, como aminoácidos essenciais.
Dentro da célula, o conteúdo de carbono das moléculas dos alimentos é oxidado a dióxido de carbono ou outras moléculas contendo oxigênio. A liberação de energia da conversão é capturada por uma cadeia de moléculas de transferência de elétrons, incluindo trifosfato de adenosina (ATP). As moléculas permitem reações que constroem estruturas tornadas termodinamicamente possíveis pela redução das energias de ativação.
A energia alimentar é a fonte de energia para o uso atual e a base da construção do tecido. Parte da energia alimentar excede as necessidades do corpo e é armazenada em várias moléculas para uso posterior. O processo de conversão da energia alimentar em atividades celulares atuais ou em crescimento celular é denominado metabolismo. Organismos diferentes, mesmo da mesma espécie, realizam essa tarefa em um nível macro, com eficiências variadas. Quando as pessoas que fazem dieta dizem que estão observando suas calorias, eles querem dizer que estão tentando controlar a ingestão de energia dos alimentos para evitar o acréscimo de capacidade de armazenamento adicional para o excesso de moléculas armazenadoras de energia.