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目前城市快速发展中层出不穷的资源和环境问题，使对城市代谢的研究有了重要的意义。但过去的城市代谢研究基本都属于黑箱模式，多关注系统的外部特征，缺少有关城市内部生产和消费过程的研究。本研究通过将生态层阶理论引入城市代谢研究，打破了城市代谢研究原有的黑箱局面，并综合应用了生态网络分析中的多种方法，建立了适用于过程分析的层阶结构表征方法。
研究在对城市代谢系统进行整体界定的基础上，重新定位城市代谢系统的划分依据，解析城市代谢系统的组成单元，并对代谢过程进行解析。借助生态网络方法，将城市代谢系统抽象为网络模型。从北京市城市发展中面临的资源环境问题出发，在收集大量统计数据的基础上，核算了北京市1998年到2007年共10年间的物质代谢流量，完成了对系统网络模型的量化。在此基础上，对系统的网络结构和代谢水平进行评价，对系统的代谢关系和代谢贡献进行分析，并以代谢关系确定层阶布局、以代谢贡献确定层阶权重，研究了北京市城市代谢系统的生态层阶结构。
研究对城市代谢系统的系统构成和内部机理进行了理论层面和应用层面的探讨，并取得了以下研究成果:
在城市代谢系统模型的完善方面，研究将城市代谢可以定义为资源、能源供应给城市生态系统，并经过城市内部的传递、转化、循环，最后输出产品和废弃物的过程。对城市代谢系统的边界、组分和过程进行了深入探讨，认为城市代谢系统的边界存在多重性，城市代谢主体可以根据其物质利用特征被粗划分和细划分为若干组分，城市代谢过程可以被解析为合成代谢、分解代谢和调节代谢三个阶段，以及资源代谢和废物代谢两条代谢主线。
在城市代谢系统的研究方法方面，研究建立了一套从模型构建直至层阶分析的代谢系统研究方法，能实现对代谢系统内部进行研究，其主要步骤包括:系统边界界定、系统组分和网络节点确定、网络路径的确定、流量统计和核算、网络结构分析、代谢关系分析、系统层阶布局判定、代谢贡献率分析和系统层阶结构确定。尤其是将生态层阶理论引入城市代谢系统研究，并建立了适用于过程分析的层阶结构表征方法。这些研究方法能够被应用在对不同城市的研究当中。
在城市代谢系统的应用研究方面，研究以北京市为案例城市，将北京市城市代谢系统抽象为包含8个节点，27条内部网络路径及9条与外部路径的网络模型，并采用物质流核算法对网络中的流量进行了跨度为10年的核算。研究对北京市城市代谢系统的网络结构和代谢水平进行了评价，认为该系统以I、P、D三个节点为主干构建而成的，且I是网络的枢纽，系统网络完备程度仍有大量的发展空间，系统的代谢规模和影响都在不断增长，而资源利用效率则有上升的趋势，且控制城市人口对控制城市代谢规模有着重要的意义。研究对系统的代谢关系进行分析，最终确定北京市城市代谢系统共分为5个层阶，分别是I、A+M+T、P、C+D和R;对系统的代谢贡献进行分析，确定每个层阶的权重，最终得到北京市城市代谢系统的影响力层阶和感应度层阶结构。系统的层阶结构反映了北京市城市代谢系统的分室间的路径仍然较简单，循环路径仍然不足，“沙漏形”的层阶结构反映了城市内部支撑能力的缺失和对外部区域的依赖。研究最终指出北京市城市代谢系统在顶级消费层阶必然继续扩大的趋势下，发展初级和次级消费层阶并不能减少系统内部环境的代谢压力，而需要通过发展还原者层阶来逐步取代内部环境的功能，减少其在资源供给和物质消纳上的双重压力，实现系统的可持续发展。
此外，研究在完善数据收集和处理、进一步细化组分划分、在多城市中的应用方面，还需要在未来的研究中进行改进。