In staat de eigen macromoleculen (eiwitten, koolhydraten, vetzuren, nucleïnezuren) te synthetiseren vanuit anorganische bouwstenen (kooldioxide, nitraat, ammonium, e.d.), gebruikmakend van lichtenergie of van anorganische chemische reacties
Autotrofen gebruiken kooldioxide uit de lucht om hun organische koolstofverbindingen te synthetiseren en onttrekken ammonium of nitraat aan het bodemvocht om stikstofhoudende macromoleculen te maken. Sommige autotrofe bacteriën kunnen bovendien stikstofgas uit de lucht fixeren en omvormen tot ammonium en organisch stikstof. Autotrofen staan aan de basis van de voedselketen en worden daarom ook wel “producenten” genoemd. Autotrofie staat tegenover heterotrofie. Heterotrofe organismen (“consumenten”) maken gebruik van levende en dode biomassa die als eerste gegenereerd is door autotrofen.
Verreweg de meeste planten, veel protisten, algen en een groot deel van de bacteriën en Archaea zijn autotroof. De energie voor de koolstoffixatie kan op twee manieren gegenereerd worden: door licht op te vangen met chlorofyl (foto-autotrofie) of door gebruik te maken van anorganische redox-reacties in het milieu (chemo-autotrofie), zie hiervoor de lemma’s foto-autotroof en chemo-autotroof. Koolzuurassimilatie is niet altijd gekoppeld aan het gebruik van zonlicht. Sommige micro-organismen zijn wel fototroof (gebruiken lichtenergie), maar nemen organische koolstofverbindingen op en fixeren geen kooldioxide. Deze noemt met foto-heterotroof.
Sommige foto-autotrofe planten hebben hun vermogen om kooldioxide te fixeren verloren en leven parasitair op andere planten (bijv. bremraap, Orobanche); andere zijn groen en kunnen wel kooldioxide vastleggen maar geen nitraat of ammonium uit de bodem opnemen en zijn halfparasiet (bijv. maretak, Viscum album).
Omdat bij het ontstaan van het leven, ongeveer 4 miljard jaar geleden, de aarde nog volledig bestond uit minerale bestanddelen en eenvoudige anorganische verbindingen, moet het haast wel zo zijn dat de eerste levende cellen autotroof waren (waarschijnlijk chemo-autotroof) en dat heterotrofie later is ontstaan.
