在生態學中，初級生產是從大氣或二氧化碳水溶液中合成有機化合物。 它主要通過使用光作為能量來源的光合作用過程發生，但也通過使用無機化合物的氧化或還原作為能量來源的化學合成發生。 地球上幾乎所有的生命都直接或間接地依賴初級生產。 負責初級生產的生物被稱為初級生產者或自養生物，構成了食物鏈的基礎。 在陸地生態區中，這些主要是植物，而在水生生態區中，藻類占主導地位。 生態學家將初級生產區分為凈產量或總產量，前者解釋了細胞呼吸等過程的損失，后者則不然。

初級生產是指生物體在有機化合物中產生化學能。 這種能量的主要來源是陽光，但初級生產的一小部分是由巖石營養生物利用無機分子的化學能驅動的。

無論其來源如何，這種能量都用于從更簡單的無機化合物（例如二氧化碳 (CO_{2) 和水 (H2O)）合成復雜的有機分子。 以下兩個方程式是光合作用（上）和化學合成（一種形式）（下）的簡化表示：}

CO_{2 + H2O + 光 → CH2O + O2}CO_{2 + O2 + 4 H2S → CH2O + 4 S + 3 H2O}

在這兩種情況下，終點都是還原碳水化合物 (CH2O)n 的聚合物，通常是葡萄糖或其他糖類分子。 然后，這些相對簡單的分子可用于進一步合成更復雜的分子，包括蛋白質、復合碳水化合物、脂質和核酸，或通過呼吸進行工作。 動物等異養生物消耗初級生產者，然后將這些有機分子（以及儲存在其中的能量）轉移到食物網上，為地球上所有的生命系統提供燃料。

初級生產總值 (GPP) 是初級生產者在給定時間內創造的化學能總量，通常表示為碳生物量。 這種固定能量的一部分被初級生產者用于細胞呼吸和維持現有組織（即生長呼吸和維持呼吸）。 剩余的固定能量（即光合產物的質量）被稱為凈初級生產（NPP）。

NPP = GPP - 呼吸[植物]

凈初級生產是生態系統中所有自養生物產生凈有用化學能的速率。 凈初級生產可用于初級生產者的生長和繁殖。 因此它可供食草動物食用。

總初級生產量和凈初級生產量通常以每單位時間間隔每單位面積的質量單位表示。 在陸地生態系統中，每年每單位面積的碳質量 (g C m?2 yr?1) 是最常用的測量單位。 請注意，有時生產和生產率之間存在區別，前者是生產的材料數量 (g C m?2)，后者是生產率 (g C m?2 yr?1)，但這些 術語通常可以互換使用。

在陸地上，幾乎所有的初級生產現在都由維管植物完成，一小部分來自藻類和非維管植物，如苔蘚和地錢。 在維管植物進化之前，非維管植物可能發揮了更重要的作用。 陸地上的初級生產力是許多因素的函數，但主要是當地的水文和溫度（后者在一定程度上與光，特別是光合作用的能量來源光合有效輻射（PAR）共同變化）。 雖然植物覆蓋了地球表面的大部分區域，但在極端溫度或必要的植物資源（主要是水和 PAR）有限的地方，如沙漠或極地地區，它們會受到強烈限制。

水通過光合作用（見上文）和蒸騰過程在植物中消耗。 后一個過程（約占用水量的 90%）是由植物葉子中水分的蒸發驅動的。 蒸騰作用使植物能夠將水和礦物質養分從土壤輸送到生長區域，并使植物降溫。 水蒸氣從葉子中擴散出來，即驅動蒸騰作用的力，由稱為氣孔的結構調節。 這些結構還調節二氧化碳從大氣擴散到葉子中，從而減少水分流失（通過部分關閉氣孔）也減少二氧化碳的增加。 某些植物使用替代形式的光合作用，稱為景天酸代謝 (CAM) 和 C4。