福斯特认为，马克思的唯物主义在本质上就是生态唯物主义。他立足于从本体论和认识论的唯物主义的视角，紧抓马克思唯物主义学说中的“自然”“自由”和“实践”三个核心概念，通过考察马克思和近代唯物主义、近代自然科学革命的关系来系统阐发马克思生态唯物主义的自然观和历史观，它不仅反映了福斯特对马克思生态唯物主义哲学的理解，而且也建构起了一种自然唯物主义的生态哲学。[28]
在福斯特看来，马克思的实践唯物主义包含了本体论的唯物主义和认识论的唯物主义，从本体论和认识论的角度看，“自然”和“自由”分别表现为物理世界和人类社会，马克思始终把自然界和人类社会看作是相互联系的，而把二者联系起来的中介就是作为人的本质力量体现的创造性实践活动。一方面，人类的创造性实践活动要受到自然条件的制约；另一方面，“人类当然不是完全由自然条件所决定的。……实际上，存在着一种人类自由，即一种‘转向’的能力，但始终是建立在物质条件的基础之上——这些物质条件作为前提而存在并随之带来某些限制”[29]。可见，通过“劳动实践”这一中介，福斯特建立了自然界和人类社会之间的生态关系，从而把自然史和人类史有机地联系起来，它构成了马克思唯物主义生态哲学的自然观。同时，由于“实践”是连接人类社会和自然界的中介，这也意味着“实践”的性质决定了人类社会和自然界关系的性质，对资本主义条件下异化劳动所造成的自然的异化和人的异化的考察，构成了马克思唯物主义生态哲学的历史观，它们共同构成了马克思唯物主义生态哲学的完整内容。那么，马克思唯物主义生态哲学的自然观和历史观的具体内涵又是什么？由此，福斯特对马克思同近代唯物主义的关系、马克思对近代科学革命的反思和马克思对资本主义条件下自然异化的揭示这三个方面进行了系统的考察。
首先，从马克思和近代唯物主义哲学的关系看，福斯特明确肯定，马克思的唯物主义学说来源于对近代唯物主义学说的继承、批判和超越。在他看来，近代唯物主义存在着决定论和非决定论两种形式，而这两种形式的唯物主义从其思想渊源看，可追溯至古希腊唯物主义哲学家德谟克利特和伊壁鸠鲁。德谟克利特的原子论认为，世界是由原子和虚空构成的，原子具有不同的形状和大小，是一种细小的不可再分的物质粒子，它存在于虚空之中。原子具有运动的能力，原子在虚空中向不同的方向运动而产生彼此的碰撞产生漩涡运动，进而形成世界万物。德谟克利特否定偶然性的存在以及神创万物的观念，强调世界万物都是原子遵循严格必然性的运动而产生。“万物都根据必然生成；因为万物生成的原因是漩涡，德谟克利特称之为必然性。”[30]伊壁鸠鲁继承和发展了德谟克利特的原子论，一方面他在自然哲学中继承了德谟克利特原子论所坚持的必然性，另一方面他在道德哲学中肯定偶然性的存在以及人的自由。福斯特指出，伊壁鸠鲁的唯物主义哲学具有三个突出的特点：一是强调任何东西都是来源于地球的进化，而不可能由虚无的神力所创造，从而把神学目的论从自然中驱逐出去，捍卫了唯物主义的进化论。二是强调自然中的任何东西都不可能归于无，蕴含了现代科学的生态世界观倾向。三是他的自然哲学虽然只肯定了机械的自然，但他的道德哲学通过原子偏斜论肯定了偶然性以及人的自由。伊壁鸠鲁在自然哲学上的决定论和在道德哲学上的非决定论这两重属性，对近代唯物主义哲学的发展产生了重要影响，近代唯物主义哲学由此也形成两种形式。“一种是更多地根据机械论来强调唯物主义。……另一种是更关注于有机的相互作用（和感觉经验）的观点，有时候这会导致一种宇宙活力论，并且往往带有泛神论的特征。后一种被认为是自然主义、活力论或泛神论，并往往与仅仅被解释成机械论的唯物主义相分离。”[31]马克思的博士论文《德谟克利特的自然哲学和伊壁鸠鲁的自然哲学的差别》揭示了“伊壁鸠鲁的哲学是怎样预示了17世纪至18世纪欧洲启蒙运动中唯物主义、人文主义和抽象的个人主义的兴起的”[32]。马克思在博士论文中既肯定伊壁鸠鲁的唯物主义拒斥了自然观上的宗教神学，实现了古希腊哲学在自然观上的革命变革，同时也高度评价他的原子偏斜说超越了德谟克利特的决定论，包含了自由和能动性的思想。正是在伊壁鸠鲁的影响下，马克思始终把反对神学目的论作为唯物主义的核心，并避免陷入到机械决定论的错误中。
福斯特认为，在唯物主义哲学家中，费尔巴哈对马克思实现同黑格尔哲学体系决裂起了决定性的作用。黑格尔的客观唯心主义哲学把“自然”看作绝对精神外化的一个阶段，自然本身不具有能动的因素，而仅仅表现为依赖于绝对精神的一个机械存在。对此，费尔巴哈在《关于哲学改造的临时纲要》一书中批评黑格尔的哲学是一种本末倒置的哲学，因为它所崇尚的自我意识是一种缺乏现实基础的异化的自我意识，它在本质上是对神学世界观的理性论证。在此基础上，费尔巴哈提出了以自然和人的感觉为基础的人本学唯物主义。在费尔巴哈的影响下，马克思一方面认识到思辨哲学的模式必须为唯物主义的分析方法所替代；另一方面马克思认识到政治经济学是解决人类对自然的物质占有问题的钥匙。马克思对黑格尔哲学的批判集中体现在《1844年经济学哲学手稿》一书中。在《莱茵报》时期所遇到的如何认识和处理物质利益问题上的困惑以及受恩格斯的《政治经济学批判大纲》和《英国工人阶级状况》两部著作的启发，马克思开始系统地研究政治经济学，通过对资产阶级政治经济学的批判和无产阶级异化生存状态的揭示，马克思在《关于费尔巴哈的提纲》和《德意志意识形态》两部著作中实现了和费尔巴哈的唯物主义决裂，并在《共产党宣言》一书中阐发了实践唯物主义历史观。通过上述考察，福斯特系统论述了马克思在上述四部著作中所蕴含的生态学思想。
福斯特指出，马克思在《1844年经济学哲学手稿》中除了对黑格尔哲学进行理论清算之外，在人和自然关系问题上提出了三个重要思想。第一，马克思提出了“异化劳动”概念，福斯特认为马克思这里所讲的“异化”，既包括人类对自身劳动的异化，同时也包括人类同自然关系的异化，从而“展示自然主义、人本主义和唯物主义的一致性”[33]。第二，马克思强调了人类和自然之间的有机联系，强调了自然的历史性特征。在马克思看来，“人类同自然的关系不仅可以通过生产来调节，而且可以通过更加直接的生产工具（它们本身也是人类通过生产活动改造自然的产物）来调节——这使得人类能够通过各种方式改造自然。……根据这种观点，人类在很大程度上是通过生活资料的生产而产生了与自然的历史性联系。自然因此而对人类呈现出实践的意义，因为自然作为一种生命活动的结果，也就是生产生活资料的一种结果”[34]。第三，马克思拒绝对异化问题的纯哲学解决方案，坚持认为“只有在实践的王国中，在人类历史中，才能发现解决人类对自然异化的方案”[35]。通过以上论述，福斯特认为，马克思的唯物主义建立在对人类和世界的客观认识的基础上，建立在他对相互联系的自然历史和人类历史认识的基础上。在《关于费尔巴哈的提纲》中，马克思批评费尔巴哈的唯物主义是一种抽象和空洞的唯物主义，缺乏改变现实的能力，马克思不仅要求唯物主义地发展主体实践的能动方面，而且使唯物主义的关注点“从自然转向历史——没有否定前者在本体论意义上的先在性。马克思确实把他的唯物主义历史观看作是建立在唯物主义自然观的基础之上的，并且它们共同构建了自然历史的王国。然而，在他的社会批判中，他强调的重点却几乎都是人类的历史发展，而不是自然本身更加广泛的进化过程”[36]。也就是说，马克思并没有忽视外在的自然王国，而是强调应该研究的是进入人类历史的“自然”，重点是研究人类和自然之间的相互作用和物质变换。在《德意志意识形态》中，马克思、恩格斯一方面肯定自然和物质世界是人类社会存在和发展的前提，另一方面批判费尔巴哈所谈论的人不是现实的、历史的人，所谈论的自然不是处于人类实践中的历史的自然，造成了自然、实践和历史的分离。他们强调的是在人类实践中形成的人与自然之间的关系以及人与人之间的社会关系。为了说明《共产党宣言》中马克思唯物主义历史观对生态问题的关注，福斯特批驳了那种因为马克思、恩格斯肯定资产阶级所创造出来的巨大生产力和物质文明，就将他们看作是技术决定论的观点。因为这一观点没有看到：马克思、恩格斯同时也批判正是资本主义制度剥夺了无产阶级的空气、清洁和真正的物质谋生手段，造成了城乡的分离和对立。马克思、恩格斯的上述观点实际上既反对了那种认为不应改变自然的原始状态的“感伤主义”，同时也要求应当维系人和人、人和自然之间的可持续关系。针对那种认为马克思、恩格斯没有充分批判资本主义的生态矛盾，并把生态矛盾作为反对资本主义运动中的主要因素予以考虑的指责，福斯特强调，马克思、恩格斯的确没有像绿色理论那样指向保护荒野，但是这并不意味着他们是忽视生态问题的技术决定论者，因为他们肯定科学技术的作用是以遵循自然的规律为前提的。同时马克思把共产主义社会看作超越资本主义社会中自然异化和生态矛盾，保证人和自然可持续发展的社会。
其次，福斯特论述了马克思对近代科学革命的反思，既揭示了近代自然科学，特别是达尔文的进化论、摩尔根的人类学以及李比希的农业化学，对马克思、恩格斯形成生态唯物主义自然观所产生的重要影响，同时也揭示了生态思维方式的形成同近代自然科学的发展是同一历史过程。
达尔文的《物种起源》一书的中心思想是自然界存在的生存竞争导致了生物的进化。在达尔文看来，生物繁衍后代并不是简单地复制物种的原始形态，而是通过遗传和变异使后代能够适应不断变化的外部环境，只有适应了自然界生存竞争的物种才能生存和进化。达尔文进化论坚持所有物种都是可变的，强调自然选择是物种进化的根源，打击了神学目的论关于自然界的万事万物都是根据某种目的而制造出来的，所有物种之间都存在不可超越的界限的教条。德国思想家恩斯特·海克尔在达尔文关于物种生存竞争和自然选择思想的影响下，在1866年出版的《普通有机体形态学》一书中创造了“生态学”（ecology）一词，并把生态学看作关于各种有机物之间相互关系的研究，这意味着生态学思维方式的初步形成。马克思、恩格斯不仅肯定达尔文的《物种起源》一书是一部划时代的著作，它在自然历史领域中给神学目的论以致命的打击，同时认为进化论为历史唯物主义提供了“自然—历史”基础，使唯物主义自然观和历史观的联系更加紧密。马克思、恩格斯在达尔文进化论的启发下，建立了以“劳动”为基础的人类进化理论。但是，马克思、恩格斯并没有把达尔文进化论直接运用于人类历史领域，因为他们强调人类史和自然史是存在区别的。这种区别在于：人类史是我们自己创造的，而自然史则不是由我们创造的。由于达尔文进化论研究的是自然进化的历史，他侧重考察的是动植物在生活中作为生产工具的器官是如何形成的。“在马克思看来，研究人类进化不得不追踪人类工具的发展，工具的重要性要远远地超过化石的重要性。这是因为工具代表了人类生产组织的发展——人类对自然关系的进化——就像动物的器官代表着动物已经适应了当地环境的器具一样。”[37]而马克思研究的是作为人类生产技术的生产工具的发展史。之所以研究人类社会必须研究生产工具，是因为和动物运用自身器官作为生产工具不同，人类的生产工具是通过工具的社会生产而产生的。马克思通过研究人类社会生产工具的发展，区分了“自然技术”和“人类技术”，强调“制造工具”是人类的特殊能力，进而得出“制造工具和劳动”是人类的特性，从而为他论述劳动在人类社会发展中的作用以及建立在劳动基础上的自然和社会物质变换理论提供了自然—历史基础。福斯特强调，马克思的上述思想被恩格斯在《劳动在从猿到人的转变中的作用》和《反杜林论》等著作中进一步发展，恩格斯不仅把“劳动”看作是从猿到人转变的秘密以及人类社会发展的秘密，而且正是“劳动”规定了人类在自然界中特殊的生态位置。
以摩尔根为代表的人类学家对马克思研究人类的起源以及人和自然之间的关系起了重要作用。福斯特指出，地质学的考古挖掘使人们初步得出了“人类和猿起源于同一祖先”的结论，由此导致人们把进化论运用于研究人类的起源问题，促进了人类学的巨大发展，其代表人物和著作就是摩尔根以及他的《古代社会》一书。福斯特指出，摩尔根在《古代社会》一书中运用了唯物主义历史学方法，以建立在一定物质条件基础上的“生存技术”为标准，把人类社会分为蒙昧时代、野蛮时代和文明时代三个阶段，提出了关于人类社会发展的一般理论。马克思通过对摩尔根《古代社会》一书的研读，一方面从摩尔根对生存技术的关注意识到通过生产和再生产方式的转变所表现出来的人类和自然之间的生态关系。“摩尔根——他在人类学问题上独立于（但是考虑到）达尔文的分析而采用了唯物主义的方法，将注意力集中于生存技术的发展。……马克思……意识到这种对待生存问题的方法所隐含的深刻含义——它所包括的唯物主义自然观和唯物主义历史观之间的关系。对生存技术的关注——通过生产和再生产方式的转变而表现出来的人类与自然的关系——正如摩尔根所提出来的那样，在关注人类与环境共同进化的意义上讲，具有深刻的生态学含义。”[38]另一方面，马克思不同意摩尔根关于人类已经实现了对食物的绝对控制的论断，他强调“与生存技术相联系的生态问题一直存在到资本主义时期（其中的矛盾已经变得相当严峻），并且会比资本主义本身更为持久——这就提出如下问题：生产者联合起来的社会将不得不通过理性的方式建设而成，并且是建立在理解人类与地球之间新陈代谢关系的基础之上”[39]。也就是说，马克思认为，生态问题将一直存在于资本主义社会，强调要解决资本主义社会中人类和自然之间物质变换的矛盾，就必须在改变资本主义制度的前提下，使人们学习和了解更多的关于人类和自然关系的知识。这促使马克思在制定唯物主义原则的同时，研究人类社会的起源以及人和自然之间的关系。
对19世纪欧洲的第二次农业革命的反思，特别是在德国农业化学家李比希的影响之下，马克思对资本主义农业展开了批判，提出了资本主义制度下城市和农村、人和自然之间“物质变换断裂”的概念。对于土壤肥力和土壤化学之间的关系，18世纪的政治经济学家詹姆士·安德森在《谷物法性质探讨》一书中就作过探讨，到了19世纪，由于土壤肥力的枯竭成为欧洲和北美资本主义社会所关注的主要环境问题，天然肥料的匮乏更加激发了对化肥需求的显著增长，由此使化肥工业和土壤化学得以迅速发展，探讨农业和化学之间的关系成为当时人们关注的一个热点问题。1837年，英国科学促进协会委托德国农业化学家李比希写一本关于农业和化学之间关系的著作。李比希在1840年完成了上述任务，出版了《化学在农业和生理学上的应用》（人们将该书称为《农业化学》）一书，揭示了土壤中的营养物质在植物生长中的作用，显示了农业和化学之间的联系。李比希通过分析土壤贫瘠的根源，对资本主义展开了生态批判。他认为，资本主义掠夺式的农业制度和城市污染所造成的城乡分离，以及人类和动物的排泄物无法有效收集并返回农业，是造成土壤贫瘠的两大根源。李比希强调，只有建立在归还原则基础上的理性农业才能根本解决土壤贫瘠问题。在李比希的影响下，马克思开始系统批判资本主义农业和工业对生态的负面影响，提出人和自然之间“物质变换断裂”的概念。
最后，马克思运用“物质变换断裂”的概念揭示了资本主义制度下的自然的异化和资本主义制度的反生态本性。福斯特指出，在李比希的影响下，马克思开始系统研究资本主义农业和工业是如何剥削土地，使土壤贫瘠，并导致工人走向赤贫的。为了说明马克思“物质变换”概念的内涵[40]，福斯特追溯了这一概念的起源和发展。他指出，“物质变换”概念最早出现于1815年，19世纪30年代至40年代，德国的生理学家用它表示身体内与呼吸有关的物质交换。李比希在1842年出版的《动物化学》一书中把这一概念进一步普遍化并提供了一种被称为“生机论唯物主义”的整个分析方法，反对和避免生物化学的机械方法。此后，物质变换概念就“成为研究有机体与它们所处环境之间相互作用的系统方法论中的关键范畴。它抓住了物质变换的复杂的生物化学过程，通过物质变换，有机体（或者一个特定的细胞）从它所处的环境中吸取物质和能量，并通过各种形式的物质变换把它们转化为生长发育所需要的组织成分。此外，物质变换概念过去经常被用于表示一种特殊的调节过程，这种调节过程控制着有机体与其环境之间的复杂的相互交换”[41]。马克思的“物质变换”概念既具有生态学意义，也具有社会学意义。他是在如下两种意义上使用“物质变换”概念的：“一是指自然和社会之间通过劳动而进行的实际的物质变换作用；二是在广义上使用这个词汇，用来描述一系列已经形成的但是在资本主义条件下总是被异化地再生产出来的复杂的、动态的、相互依赖的需求和关系，以及由此而引起的人类自由问题。”[42]可以看出，从生态意义上讲，马克思的“物质变换”概念是指人和自然之间的物质和能量的交换；从社会意义上看，人和自然之间的物质变换总是在一定的社会组织和社会条件下进行的。从马克思的“物质变换”概念的内涵我们可以看出，他所提出的“物质变换断裂”理论既反映了人和自然之间的生态矛盾，同时也反映了资本主义制度及其生产方式所造成的自然的异化。
马克思所讲的“物质变换断裂”首先体现为资本主义城乡敌对分工所导致的断裂。马克思认为，资本主义工业化是建立在城乡敌对分工基础上的，资产阶级不仅不可能运用理性的科学方法进行农业生产，而且他们还不断地掠夺土地和资源，因此资本主义农业生产必然是不可持续的，并必然导致人和自然之间物质变换关系的断裂。马克思在这里向人们实际上提出了一个可持续发展的问题。其次，马克思认为资本主义生产和后代人之间的需要存在着必然矛盾。马克思在《资本论》中指出：“从一个较高级的社会经济形态的角度来看，个别人对土地的私有权，和一个人对另一个人的私有权一样，是十分荒谬的。甚至整个社会，一个民族，以至一切同时存在的社会加在一起，都不是土地的所有者。他们只是土地的占有者，土地的利用者，并且他们必须象好家长那样，把土地改良后传给后代。”[43]但是，不仅资本主义生产具有不可持续性，而且资产阶级把土地看作是自然对资本的馈赠，由此必然导致对土地的破坏，损害后代的需要和利益。造成上述结果的根源在于：真正的财富应该是产品的使用价值，但是资本主义商品关系追求的是实现交换价值，由此造成使用价值和交换价值的矛盾，导致自然对使用价值和财富的贡献被资本主义制度所忽视。马克思的劳动价值论则既承认和肯定自然界是财富的基础，同时又肯定正是人类劳动使自然界以一种新的形式存在。最后，马克思关于未来社会的设想是建立在对资本主义社会生态异化进行揭露和批判的基础上的。福斯特指出，马克思认为资本主义制度“寻求交换价值（也就是利润），而不是为真正的、普遍的、自然的需要而服务，这种需要对生产来说才是目标、目的。由此而引起的极端两极分化——一方面是财富的无限增长；另一方面是异化的、被剥削的、没有尊严的生存，这种生存是对大多数人的否定——形成了一种像断层线一样贯穿于资本主义体系中的矛盾”[44]。这一矛盾决定了资本主义社会中人和自然之间必然会形成物质变换断裂的异化关系。因此，马克思不仅始终关注资本主义制度所带来的生态问题，而且也不认为未来社会会自动解决人类和自然的可持续发展问题，只有通过采取诸如消灭城乡之间敌对分工、注重人口的合理布局、实现工农业的有机结合、实现土地营养物质的恢复和改良、实现人和自然关系的革命性变革等具体措施，运用现代科学方法和工业方法合理地调整人和自然之间的物质变换关系，才能实现人和自然的和谐发展。因此，马克思对未来社会的设想始终和他对生态可持续性的追求是联系在一起的。