Hrana je biljno i životinjsko tkivo, kao i mikrobne stanice koje konzumiraju organizmi. Te se organske strukture razgrađuju na probavljive molekule koje sadrže kemijsku energiju unutar svojih veza. Energija hrane odnosi se na potencijalni izvor stanične energije dostupan u kemijskim vezama hrane.
Sva živa bića troše energiju u procesu rasta i razmnožavanja. Izvor sve energije dostupne životu na Zemlji je sunce, termonuklearni reaktor koji se sigurno vrti u svemiru. Kroz proces fotosinteze, biljke pretvaraju svjetlosnu energiju u kemijsku, koristeći dio te energije za vlastite stanične potrebe. Drugi oblici života, uključujući ljude, konzumiraju biljke kako bi proizveli složene biološke sustave i zauzvrat drugim organizmima osiguravaju dodatne izvore kemijske energije u svojim tjelesnim tkivima. Hijerarhija među tim različitim organizmima naziva se prehrambeni lanac ili mreža hrane.
Energetski sadržaj hrane može se izračunati spaljivanjem materijala dok se ne potroši. Produkti reakcije izgaranja bit će ugljični dioksid, pepeo, voda i toplina. Otpuštena toplina hvata se i mjeri provođenjem reakcije u hladnjaku, kao što je posuda za izgaranje obložena vodenim omotačem koja se zove kalorimetar. Ova toplina je ukupna energija dostupna u hrani i temelj je uobičajeno korištenih kalorija. Imajte na umu da je kalorija koja se koristi u označavanju hrane ekvivalentna 1,000 kalorija (1 kcal ili 4.182 kilojoula) energije, kako je izmjereno.
U probavnom sustavu organizma, hrana se pretvara u kemikalije koje se mogu apsorbirati u stanice izravno ili neizravno iz cirkulirajućeg sustava isporuke, poput krvi. Ljudi su sposobni dobivati ugljikohidrate, kratke lipide i proteine kao izvore prehrane. Ostali čimbenici koji pomažu u izgradnji tkiva apsorbiraju se ne zbog svog energetskog sadržaja, već kao katalizatori reakcije, kofaktori ili spojevi koje tijelo ne može proizvesti, kao što su esencijalne aminokiseline.
Unutar stanice, sadržaj ugljika u molekulama hrane oksidira se u ugljični dioksid ili druge molekule koje sadrže kisik. Oslobađanje energije iz pretvorbe hvata lanac molekula za prijenos elektrona, uključujući adenozin trifosfat (ATP). Molekule omogućuju reakcije koje grade strukture koje su termodinamički moguće snižavanjem energije aktivacije.
Energija hrane je izvor energije za trenutnu upotrebu i temelj izgradnje tkiva. Dio energije hrane premašuje tjelesne potrebe i pohranjuje se u raznim molekulama za kasniju upotrebu. Proces pretvaranja energije hrane u trenutne stanične aktivnosti ili u rast stanica naziva se metabolizam. Različiti organizmi čak i iste vrste obavljaju ovaj zadatak na makro razini, s različitom učinkovitošću. Kada ljudi na dijeti kažu da paze na svoje kalorije, misle da pokušavaju kontrolirati unos energije hrane kako bi izbjegli dodavanje dodatnog kapaciteta za skladištenje viška molekula koje pohranjuju energiju.