Żywe organizmy są zdolne do istnienia dzięki ciągłemu dopływowi materii i energii. Organizmy autotroficzne fotosyntetyzujące wykorzystują światło słoneczne, a chemosyntetyzujące – energię z utleniania prostych związków do syntezy złożonych związków organicznych. Z kolei organizmy heterotroficzne pobierają te związki jako pożywienie. Zmagazynowana w związkach chemicznych energia jest następnie wykorzystywana przez komórki do pełnienia przez nie podstawowych funkcji życiowych, takich jak wzrost, rozwój, rozmnażanie, reakcja na bodźce.
Całokształt przemian biochemicznych i towarzyszących im przemian energii, zachodzących w żywych komórkach, określany jest jako metabolizm. Metabolizm stanowi istotę życia. Pozwala komórce będącej termodynamicznym układem otwartym (ponieważ wymienia z otoczeniem materię i energię) zachowywać małą entropię.
W metabolizmie wyróżnia się dwa kierunki przemian: procesy anaboliczne i kataboliczne.
Anabolizm to przemiany endoergiczne, które prowadzą do powstania związków złożonych, o wyższym poziomie energetycznym niż związki, z których powstały. Przykładem jest fotosynteza, biosynteza białek, lipidów i innych związków.
Katabolizm to przemiany egzoergiczne, w wyniku których skumulowana w złożonych związkach organicznych energia zostaje wyzwolona, a powstające związki o prostszej budowie mają mniejszy zasób energii. Przykładem jest proces oddychania wewnątrzkomórkowego, rozkład glikogenu do glukozy, β-oksydacja.