碳是地球上一切生物体中最基本的成分，占有机体比重的45%以上。地球上的碳主要存在于岩石圈、化石燃料、大气圈、水圈和生物圈当中。碳循环是指碳以不同的形式存在于几个不同的碳库之间，通过燃料燃烧、光和作用、动植物呼吸等过程在不同的碳库之间流动、转化而形成循环的过程。岩石圈和化石燃料当中的碳占总量的99.9%，是碳最主要的贮存库，但是这两个碳库中碳的活动缓慢，参与循环的数量很少。
绿色植物从空气中获得二氧化碳，经过光合作用转化为碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后，残体中的碳通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。另一方面，二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处，由于风和波浪的作用而加强。
一小部分的动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物，经过悠长的年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料-煤、石油和天然气等。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳以二氧化碳的形式排入大气。
工业革命后，人类消耗矿物燃料的量急剧增加，大大加速了碳从化石燃料到大气之间的转化，对碳循环发生重大影响。如从1949年到1969年，由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量估计每年增加4.8%，其结果是大气中二氧化碳浓度升高，这样就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常。