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人体所获得的能量来源于食物中的碳水化合物、脂肪和蛋白质。按照能量守恒定律，从能量供给上讲，三种物质比例的变化并不影响能量的摄取，可以在一定程度上相互代替。碳水化合物、脂类和蛋白质广泛存在于各类食物中。粮谷类和薯类含碳水化合物较多，是中国膳食能量的主要来源；油料作物中富含脂肪，大豆和坚果类含丰富的油脂和蛋白质，是膳食能量辅助来源之一；蔬菜、水果含能量较少。动物性食品含较多的动物脂肪和蛋白质，也是膳食能量的重要构成部分。一般条件下，碳水化合物是主要的能量来源，其次是脂肪，蛋白质的主要作用不是供能。一般建议成人的碳水化合物供能占热能的55%～65%，脂肪占20%～30%，蛋白质占11%～15%。
每克碳水化合物、脂肪和蛋白质在体内氧化分解（或在体外燃烧）时所产生的能量值称为能量系数或食物的热价。碳水化合物和脂肪在体内氧化分解与在体外燃烧的热能是相等的，最终产物均为CO 2 和H 2 O，因此，碳水化合物与脂肪的物理热价和生物热价相等，但蛋白质在体内不能被完全氧化，除了CO 2 和H 2 O外，还产生一些不能被继续分解利用的含氮化合物（如尿素、尿酸、肌酐和氨），每克蛋白质产生的这些含氮物质在体外继续完全燃烧还可产生5.44kJ的能量。如果采用体外测试热量试验推算体内氧化产生的能量值时，1g碳水化合物、脂肪和蛋白质在体内氧化时平均产生的能量分别为17.15kJ（43.1kcal）、39.54kJ（9.45kcal）和23.64kJ（5.65kcal）。一般情况下，食物营养素在人体消化道内不能被全部吸收，且消化率也不相同。混合膳食中碳水化合物、脂肪和蛋白质的吸收率分别为98%、95%和92%，因此，在实际应用中，产能营养素产生的能量多少按照如下关系进行换算。
1g碳水化合物：17.15×98%=16.18（kJ）（4kcal）
1g脂肪：39.54×95%=35.76（kJ）（9kcal）
1g蛋白质：（23.64-5.44）×92%=16.74（kJ）（4kcal）
食物中所含的能量约一半以热能形式向外界散发，不能被机体利用，仅有助于维持体温；另一部分中约45%储存于ATP中，供机体能量消耗时用，这些能量经组织细胞利用后，绝大部分最后转变为热能而散失。因此，测定机体向外散放的热能可代表机体能量代谢或能量的消耗，即能量的需要量。能量消耗的常用测定方法有气体代谢法、双标记水法、心率监测法、活动时间记录法、要因加算法等。
气体代谢法又称呼吸气体分析法，是常用的直接测热法。被测对象在一个密闭的气流循环装置内进行特定活动，通过测定装置内的氧气和二氧化碳的浓度变化，得到氧气的消耗量，并可求出呼吸商。按每升氧气产热可计算出热量消耗量，又称Douglas袋法。本法测量结果准确、可靠，被视为气体代谢法的金标准，并用于验证其他气体代谢测定装置的有效性和可靠性。
双标记水法采用稳定同位素（双标水）法测定人体在一定时间内（一般为7～15d）的日常生活和工作环境中自由活动的总能量消耗的方法。让受试者喝入定量的含有 2 H和 18 O稳定同位素的水，即 2 H 18 O，然后收集受试者的尿液或唾液样本，通过测定这两种同位素浓度的变化，获得同位素随时间的衰减率。通过比较 2 H和 18 O消除速率的差别，计算出二氧化碳产生量。然后根据呼吸商或者食物商计算出总能量消耗。双标记水法是测量自由活动状态下总能量消耗最有效、最可靠的方法。本法具有如下优点：样品收集和测定过程简单方便，不限制受试者的活动；可测量较长时期的总能量消耗，可以很好地反映日常能量消耗状况；准确度和精确度高；无毒、无创伤，对健康无任何影响。
用心率监测器和Douglas袋法同时测量各种活动的心率和能量消耗量，推算出心率—能量消耗的多元回归方程。通过连续一段时间（3～7d）监测实际生活中的心率，可参照回归方程推算受试者每天能量消耗的平均值。此法可消除一些因素对受试者的干扰，但心率易受环境和心理的影响，目前该法仅限于实验室应用。
活动时间记录法是了解能量消耗最常用的方法。它是通过详细记录每人一天中各种活动的持续时间，然后按每种活动的能量消耗率计算全天的能量消耗量。各种活动的能量消耗率可以采取他人的测定结果或用直接测定法测定。此法的优点是可以利用已有的测定资料，无须昂贵的仪器和较高的分析技术手段，但影响测定结果的因素较多，职业外活动记录难以准确，会导致结果有偏差。
要因加算法是根据某一年龄、不同的人群的能量消耗，结合他们的基础代谢率估算其总能量消耗量，即应用基础代谢率乘以体力活动水平来计算人体能量消耗量或需要量。能量消耗量或需要量=基础代谢率×体力活动水平。此法通常适用于人群而不适于个体，可以避免活动时间记录法工作量大、繁杂甚至难以进行的缺陷。基础代谢率可以用直接测量推论的公式计算或参考引用被证实的本地区基础代谢率资料，体力活力水平可以通过活动记录法或心率监测法等获得。根据一天的各项活动可推算出综合能量指数，从而推算出一天的总能量需要量。推算出全天的体力活动水平可进一步简化全天能量消耗量的计算。