碳对生物和生态系统的重要性仅次于水。植物通过光合作用从大气中摄取碳的速率和通过呼吸作用把碳释放给大气的速率大体相同。碳循环的基本路线是从大气储存库 到植物和动物，再从动植物通向分解者，最后又回到大气中去。
除了大气以外，碳的另一个储存库是海洋。海洋是一个重要的储存库，它的含碳量是大气含碳量的50倍。更重要的是，海洋对于调节大气中的含碳量起着非常重要的作用。在植物光合作用中被固定的碳，主要是通过生物的呼吸以CO2的形式有回到了大气圈。此外非生物的燃烧也使大气圈中的CO2的含量增加。
CO2在大气圈和水圈之间的界面上通过扩散作用而互相交换着，如果大气中CO2发生局部短缺，就会引起一系列的补偿反应，水圈里溶解态的CO2就会更多地进入大气圈。同样，如果水圈里的碳酸氢根离子在光合作用中被植物耗尽，也可从大气中得到补充。总之，碳在生态系统中的含量过高或过低，都能通过碳循环的自我调节机制而得到调整并恢复到原来的平衡状态。森林也是生物碳库的主要储存库，相当于目前地球大气含碳量的三分之二。