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La quimiosíntesis depende de la existencia de potenciales químicos importantes, los que acompañan a mezclas no estables de sustancias, las cuales aparecen sólo localmente, allí donde los procesos geológicos las han generado. Así, cadenas alimentarias completas basan su existencia en la producción quimiosintética en torno a las emanaciones hidrotermales que se encuentran en las dorsales oceánicas, así como en sedimentos profundos.
Muchas bacterias en el fondo de los océanos usan la quimiosíntesis como forma de producir energía sin el requerimiento de luz solar, en contraste con la fotosíntesis la cual se ve inhibida en aquel hábitat. Muchas de estas bacterias son la fuente básica de alimentación para el resto de organismos del suelo oceánico, siendo el comportamiento simbiótico muy común.
Muchos de los compuestos reducidos que utilizan las bacterias, como el NH3 o el H2S son sustancias procedentes de la descomposición de la materia orgánica. Al oxidarlas, las transforman en sustancias minerales, NO3- y SO42-, respectivamente, que pueden ser absorbidas por las plantas. Estas bacterias cierran, por tanto, los ciclos biogeoquímicos, posibilitando la vida en el planeta.
Muchos científicos creen que la quimiosíntesis podría mantener vida debajo de la superficie de Marte, Europa (luna de Júpiter) y otros cuerpos planetarios.