Обмен веществ и энергии - одно из главных проявлений жизнедеятельности. Благодаря ему обеспечиваются рост и развитие организма человека, поддерживаются стабильность морфологических структур, способность их к самообновлению и самовосстановлению, а также высокая степень упорядоченности обменных процессов и функциональной организации биологических систем. Поступление пищевых веществ и их обмен - расщепление и синтез, транспортировка и использование для нужд организма - сопровождаются потреблением энергии или ее освобождением и использованием в той или иной форме. Превращение энергии в живых системах происходит по общим законам природы. К этим системам в полной мере применимы как законы термодинамики, так и всеобщий закон сохранения вещества и энергии. С точки зрения термодинамики живые организмы относятся к открытым системам, так как главное условие их существования - непрерывный обмен веществ и энергии.
Согласно первому закону термодинамики, энергия не исчезает и не возникает вновь, а лишь переходит из одной формы в другую. Второй закон термодинамики утверждает, что вся энергия в конце концов переходит в тепловую энергию и организация материи становится полностью неупорядоченной. В более строгой форме этот закон формулируется так: энтропия замкнутой системы может только возрастать, а количество полезной энергии (то есть той, с помощью которой может быть совершена работа) внутри системы может лишь убывать. Неизбежная тенденция к возрастанию энтропии, сопровождаемая столь же неизбежным превращением полезной химической энергии в бесполезную тепловую, заставляет живые системы захватывать все новые порции пищи, содержащей энергию, чтобы поддерживать свое структурное и функциональное состояние на оптимальном уровне.