Ánh sáng mặt trời không bao giờ chiếu tới đáy biển sâu, vậy mà các quần thể động vật dày đặc vẫn phát triển mạnh xung quanh các miệng phun thủy nhiệt và các mạch nước lạnh. Nguồn năng lượng cuối cùng của chúng là năng lượng hóa học chứ không phải năng lượng mặt trời. Vi sinh vật oxy hóa các hợp chất khử như hydro sunfua hoặc metan và sử dụng năng lượng giải phóng để tạo ra chất hữu cơ—một quá trình gọi là hóa tổng hợp.

Những vi sinh vật này tạo thành nền tảng của chuỗi thức ăn địa phương. Một số sống tự do trong nước hoặc trầm tích; số khác tạo thành mối quan hệ cộng sinh bên trong giun ống, sò hoặc trai, cung cấp chất dinh dưỡng cho vật chủ. Việc phát hiện ra hệ sinh thái hóa tổng hợp vào năm 1977 đã chứng minh rằng sự sống phức tạp không cần quang hợp và mở rộng giới hạn khả năng sinh sống trên Trái đất.

Quá trình hóa tổng hợp cũng xảy ra trong các môi trường tối khác, bao gồm các vùng thiếu oxy và trầm tích sâu dưới lòng đất. Các con đường trao đổi chất liên quan rất đa dạng và tiếp tục mang lại những hiểu biết sinh hóa mới. Đối với sinh học vũ trụ, các hệ thống hóa tổng hợp cung cấp các mô hình về cách sự sống có thể tồn tại trên các hành tinh không có ánh sáng mặt trời.

• Sản xuất chất hữu cơ bằng năng lượng hóa học
• Cung cấp năng lượng cho hệ sinh thái tại các miệng phun và mạch nước ngầm.
• Thường liên quan đến vi sinh vật cộng sinh
• Mở rộng phạm vi hiểu biết về sinh quyển Trái đất.