D'un point de vue biochimique, la vie est un ensemble de réactions nécessitant une utilisation d'énergie. Les animaux subviennent à leurs besoins énergétiques par l'alimentation à partir de l'énergie chimique contenue dans les nutriments qui est transformée et récupérée sous forme d'adénosine triphosphorique (ATP). C'est dans la chaîne respiratoire mitochondriale qu'un processus d'oxydation phosphorylante permet de récupérer une grande partie de l'énergie pour la synthèse d'ATP. Ce processus entraîne une consommation d'oxygène et une production de CO₂, d'eau et de chaleur qui seront utilisées pour la détermination de la dépense énergétique par les méthodes de calorimétrie directe, indirecte ou à l'eau doublement marquée. Pour une unité de masse d'un substrat énergétique donné, le volume d'oxygène nécessaire à son oxydation et la quantité totale d'énergie libérée sont constants et ont été mesurés dans des bombes calorimétriques. Le potentiel énergétique est ainsi de 3,87 kcal/g pour le glucose, de 9,68 kcal/g pour le palmitate et de 4,7 kcal/g pour une protéine standard et ce n'est que par convention que l'on estime le contenu calorique des glucides à 4 kcal/g, des lipides à 9 kcal/g et des protéines à 4 kcal/g. Ces potentiels peuvent varier à l'échelle cellulaire, en fonction des conditions de réaction chimique, et davantage à l'échelle de l'organisme. La dépense énergétique au niveau de l'organisme inclut : le métabolisme de repos (environ 40 kcal/m²/h chez l'adulte) qui varie en fonction de la masse maigre, de l'âge et du sexe ; la thermogenèse alimentaire estimée à 10-15 % de la dépense énergétique totale ; la thermogenèse facultative dépendant du système nerveux sympathique ; la dépense liée à l'activité physique qui va varier en fonction de l'intensité de l'exercice. On considère que pour un sédentaire, la dépense énergétique est 1,3 à 1,4 fois le métabolisme de repos alors que celle-ci est doublée chez un grand sportif.