W późniejszych ujęciach koncepcję metabolizmu miejskiego wiązano z problematyką rozwoju zrównoważonego miast. podkreślał różnicę między metabolizmem liniowym (dominującym we współczesnych miastach) a metabolizmem cyrkulacyjnym (obiegowym), w którym odpady są minimalizowane, a zasoby w dużej części ponownie wykorzystywane. W modelu cyrkulacyjnym większość zasobów jest ponownie wykorzystywana, dzięki czemu niemal nie powstają odpady, podczas gdy współczesne miasta funkcjonują przeważnie w modelu liniowym – „pożerają” one surowce i wydalają odpady, co prowadzi do nadmiernej konsumpcji zasobów i narastania kryzysu ekologicznego. Koncepcja metabolizmu miejskiego zyskała na znaczeniu wraz z rosnącą świadomością ekologiczną i poszukiwaniem sposobów na bardziej zrównoważone gospodarowanie zasobami w aglomeracjach.
Podstawy teoretyczne Metabolizm miejski bywa osadzany w podejściu systemowym, w tym w ogólnej teorii systemów Ludwiga von Bertalanffy’ego, w której złożone układy (np. organizmy, organizacje, maszyny) analizuje się przez pryzmat relacji wejść i wyjść oraz procesów wewnętrznych.