Биосфера, будучи целостной глобальной системой, а в то же время дискретна. Её элементарной структурой – функциональной единицей является биогеоценозы (или экосистемы).

Термин «экосистема» ввел английский ботаник А.Тенсли в 1935г., а «биогеоценоз» - русский ботаник и лесовед В.Н.Сукачев в 1940г.

Биогеоценоз – это эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная природная система живых организмов и окружающей среды, между компонентами которой идет непрерывный обмен веществом, энергией, информацией (биотический круговорот). Каждый биогеоценоз представляет собой как бы модель биосферы в миниатюре. Он состоит из системы популяций организмов разных видов (биоценоз) и пространства, в котором они обитают (биотоп).

Биогеоценозы различаются как составом биогеоценозов и свойствами биотопов, так и видом используемой организмом энергии (солнечной энергии, энергия химических соединений, скрытая энергия оседающих на акваторий органических остатков и прочее). Однако, при этом основная схема структуры и функции биогеоценозов остается единой. Любой биоценоз включает три функциональные группы организмов: продуцентов органического вещества, консументов (потребителей органического вещества) и редуцентов, обеспечивающих минерализацию органических веществ и тем самым возвращающих в неживую природу химические элементы, участвующие в биотическом круговороте.

Постоянная циркуляция веществ и движение энергии между компонентами неживой и живой природы (растениями, животными и микроорганизмами) осуществляется в биогеоценозах по пищевым (трофическим) цепям. Пищевой цепью называется ряд микроорганизмов, в котором одни поедают предшественников и, в свою очередь, оказываются съеденными, которые следуют за ними. Первый трофический уровень в таких цепях занимают аутотрофы или, так называемые, первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня - первичные консументы, третьего – вторичные консументы и т.д. Обычно бывает 4-5 трофических уровней, редко 6 и более, так как по грубой оценке общая энергия каждого трофического уровня уменьшается в 10 раз, а при передаче от первичных продуцентов консументам даже в 100 раз. Следствием этого является ограниченная длина пищевых цепей, а так же уменьшение количества особей, биомассы и общей энергии от низших уровней к высшим. Такую динамику указанных процессов принято называть правилом экологической пирамиды: пирамида энергии пирамида численности и пирамида биомассы.

Биогеоценозы, будучи саморегулирующимися система, способны поддерживать свой гомеостаз. В основе этой способности лежит принцип всеобщей связи компонентов экосистемы, как внутрипопуляционных, так и межпопуляционных. Установившиеся при этом связи не случайны, а избирательны, с учетом чего можно говорить о принципе соответствия. Следующий принцип – относительная терпимость экосистемы к её нарушениям до определенного предела. Всякое давление на экосистему (стресс), такое как необычное изъятие продукции, внедрение новой популяции, массовое размножение фитофагов и т.п., рано или поздно приводит к появлению компенсаторных противоположно направленных процессов. Они возвращают систему к норме (при условии ограничения стресса некоторым пределом) или переводят ее на более низкий уровень продуктивности. Крупная и сложная экосистема скорее и надежнее может погасить резкие воздействия стресса, чем небольшая по размеру. Основным условием для самовосстановления является сохранение ландшафтно-климатических условий и возможности пополнения генофонда со стороны при условии достаточно длительного времени.

Важнейшим принципом, на которой указывал В.И.Вернадский в учении о биосфере, является, является принцип её организованности. Биогеоценоз как элемент биосферы является первичным носителем такой организованности, охватывающей и живое и костное вещество. Эта организованность выражается в динамическом равновесии составляющих систему компонентов, что отличает её от механизмов, свойственных неживой природе.

Биогеоценоз в хронологическом отношении функционирует в значительных масштабах времени. Однако, со временем в экосистеме любой степени наступают изменения, затрагивающие как и абиотическую части. Если при этом экосистема в общем сохраняет свои структурно-функциональные черты, то можно говорить о временных ритмичных (например, сезонных) и аритмичных (случайных) изменениях.

Всякий поступательный процесс смены одних биогеоценозов другими называется секцессией. Стабильная зрелая стадия в развитии биогеоценозов называется климаксом.