热力学第二定律是指不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源吸取热量（能量）使之完全转换为有用的功（即下一级食物链的生物）而不产生其他影响。热力学第二定律可以解释生态系统中营养级数不会无限增加，具体如下：

（1）生物存在热散失

生物界中物理学上的热辐射散失，是指生物的呼吸作用，其产生的能量不是全部用来进行自身代谢。生物需要维持体温，出汗蒸发使身体温度下降，呼吸作用是将吸收的食物转化为能量，但只有一部分的能量留下参与其本身身体代谢，转化为了稳定的物质。

（2）能量传递存在损耗

热能散失和热力学第二定律描述的问题一样，但功率永远达不到100％，在食物链中,能量的传递为单向并逐级递减，而能量传递的损耗率为其自身能量的10％～20％。营养级越高则数量越少，即能量金字塔必定呈尖塔型。如此计算食物链的环节和营养级数一般不超过5～6个。