自然界的生物生存需要能量。科學界在很長時間內一直認為在陽光難以抵達的深海，沒有能夠透過光合作用來固定能量、合成有機質的生產者，生物也就不可能大量聚集。
熱泉區的“白煙囪”
直到1977年研究人員乘“阿爾文”號潛水器在加拉帕戈斯裂谷發現了海底熱泉。這些熱泉口貌如煙囪，源源不斷地噴出黑色或白色的濃煙，當然並不是真正的煙而是富含礦物質的熱水，有些噴發點的水溫可高達400℃。圍繞著熱泉口方圓約50米的區域內，佈滿了魚、蛤、蠕蟲等海底生物。這裡的生機勃勃與百米開外寒冷而貧瘠的深海場景形成了鮮明的對比。80年代中期開始，更大規模的海底調查和更多的洋底熱泉及熱泉生物被發現和研究，人們得以瞭解到它們的生物鏈組成和生態結構。
1983年研究者在美國墨西哥灣首次發現了海底冷泉系統，隨後在其他大陸斜坡和大陸邊緣均有發現，但是大多數分佈在環太平洋的活動俯衝帶。海底冷泉是繼海底熱泉之後的又一重大發現，二者都反映了海底的極端環境。
冷泉周圍也是海底生命極度活躍的地方，科學家在熱泉生態系統中已發現的生物種類達到500多種，冷泉生態系統中有200多種，因此熱泉和冷泉生態系統並稱為深海綠洲。
熱泉區的“黑煙囪”
極端環境的形成
熱泉場一般呈方圓數千米大小的斑點狀分佈，大多形成於大洋中脊（貫穿四大洋的海底山脈）附近的板塊交界處。板塊交界的地方，會有裂谷或孔隙，海水沿著裂谷或孔隙滲入洋底地殼內部很深的地方，被地殼內的岩漿加熱，同時與基底的玄武岩發生化學反應，形成了高溫、酸性且富含礦物質的熱液。
熱泉形成示意圖
海水層層滲入，直到岩層變得難以滲透便開始迴流至海底，含礦的熱液與冰冷的海水相遇，迅速冷卻並析出各種硫化物。這些物質不斷堆積，越堆越高，漸漸形成了煙囪狀的地貌。當熱泉溫度為100℃～350℃時，形成主要由硫酸鹽礦物(硬石膏、重晶石)、二氧化矽和白鐵礦組成的白煙囪。當溫度≥350℃時，形成由暗色硫化物如磁黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦等堆積而成的黑煙囪。
冷泉是以水、碳氫化合物（天然氣和石油）、硫化氫、細粒沉積物為主要成分，主要集中在斷層和裂隙較多的地區。雖然被稱作冷泉，但是實際上冷泉的溫度與周圍海水溫度相近，約2℃～4℃。
冷泉甲烷氣體噴溢口
人們發現，冷泉經常出現於天然氣水合物礦藏的頂部。海底沉積物中的甲烷等氣體在溫壓條件有利的地層中，會形成天然氣或天然氣水合物。當穩定條件被破壞時，天然氣或天然氣水合物分解後釋放的甲烷、硫化氫和二氧化碳等氣體會沿裂隙向上運移和排放，在近海底形成冷泉。
熱泉生物群
能量的生產者
化能合成細菌是熱泉/冷泉生物系統的初級生產者，形成了食物鏈的基礎。
生物體主要由碳、氫、氧元素構成，這些元素包含在水和二氧化碳中，但是氫和碳分別與氧強力地結合在一起，因此不能直接被生物利用。要切斷這種化學結合並利用這些元素，就需要能量。多數植物就是利用陽光把這種結合切斷，然後讓元素重新結合形成必需的有機物，這個過程便是光合作用。化能合成細菌同樣能生產有機物，它們不是用陽光，而是用無機物氧化時產生的能量來進行有機物合成。
熱泉/冷泉口的環境較為極端，高壓、黑暗、低氧，硫化物和重金屬等有毒物質含量高。因此熱泉/冷泉生態系統與以光合作用為基礎的生命體系有根本區別，它們形成以化能合成細菌為基礎生產力的食物鏈，構成一個自養自給的共生系統。這個系統環環銜接、完整又獨立，伴隨著熱泉/冷泉的長消而出沒。
嗜硫珠菌
熱泉口生態系統的主要生產者是硫氧化細菌，這些菌類能夠忍受來自熱泉的高溫，同樣能夠抵禦深海的冰冷。它們利用二氧化碳和含氮化合物合成細胞物質，並透過氧化無機物獲得能量，將熱泉噴口處噴出的硫化氫等化為己用，生成有機物質供其他生物食用。
同時，熱泉處的地熱活動有時會釋放出來微弱的光芒，一些能進行光合作用的菌類，如綠色硫細菌，會在微弱的光芒下進行光合作用，生成有機物。
冷泉生物群落獲得營養的方式以及群落結構與熱泉生物群落幾乎沒有差異。在冷泉噴口也存在多種化能合成菌群，由於冷泉溢位的流體富含甲烷、硫化氫和二氧化碳等，因此甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌是冷泉生態系統中的初級生產者。
冷泉區的白珊瑚
隨之而來的消費者
有了生產者貢獻的養分，自然會吸引眾多消費者蜂擁而至。菌席（菌類貼附在沉積物表面形成微薄的層狀）以及底棲雙殼類和多毛類等低階消費者又吸引了捕食的蟹類和某些腹足生物，魚也出現了。
巨型管狀蠕蟲
直徑1米左右的巨型白蛤和長著紅色觸手、白色外殼的巨型管狀蠕蟲是熱泉生態群落中的典型生物，它們都沒有腎臟、心臟、嘴巴、胃等器官，體內住滿了不同種類的共生細菌，細菌在轉化硫化物的過程中會釋放出能量，白蛤和管狀蠕蟲以這些能量為食。由於它們的軟組織需要容納足夠多的細菌產生食物，導致了這些低階消費者生長速度非常快且個體大小相當可觀。
甲殼類動物也是海底熱泉的主要居民。雪人蟹是海底熱泉的獨特品種，它的視網膜已經完全退化，通體覆蓋著黃色細菌群落，細菌群落幫助雪人蟹分解熱泉噴發出的有毒物質，雪人蟹則以這些黃色菌落為食。
雪人蟹
視網膜同樣已經退化的盲蝦背部聚集著許多嗜硫細菌，積累到一定數量時，盲蝦就會用它靈活的蝦鉗刮下來吃掉，同時還能利用自己的鰓和口器來培養這些附生細菌。
鎧甲蝦長得像龍蝦，卻是寄居蟹的親戚。鎧甲蝦是群居動物，常常傾巢而出尋找食物。它們的食物是生物被膜（微生物將自身所生產的多糖包裹在身上，並附著在其他生物或非生物表面形成的微生物群落）。
深海章魚是熱泉生態系統食物鏈頂端的霸主，由於不需要釋放墨汁逃生，這些章魚都沒有墨囊。
冷泉生物系統的甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌提供了碳源和能量，在其基礎上同樣發育著菌席和深海雙殼類（貽貝類和蛤類）及多毛類動物（管狀群蠕蟲和冰蠕蟲）以及海星、海膽、海蝦等一級消費者，二級消費者有魚、螃蟹、扁形蟲、冷水珊瑚等。
清道夫最後登場
維持一個完整的生態系統，除了生產者和消費者，還少不了分解者。食腐動物是熱泉生態系統的清道夫，也是最晚來到這兒的居民。海底熱泉並不會永久存在，總有一個終止日期。由於這種生態系統直接依賴熱泉/冷泉噴發所提供的物質，因此其發生和消亡完全取決於熱泉/冷泉的活動週期。由於熱泉/冷泉的活動期一般都在幾十年左右，所以這種小型生態系統也只延續幾十年的時間跨度。
如果附近出現大量的食腐動物，預示著這裡有大量的生物死亡，熱泉/冷泉生態系統也瀕臨崩潰。這種崩潰可能是很突然的，海平面的升降、海底溫度和壓力的變化、微小的地殼運動都可能會引起海底構造的變化，導致熱泉/冷泉停止噴發，從而使熱泉/冷泉生態系統徹底失去原先的生命力，漸漸恢復成與其他地區無異的冰冷深海。
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