El ciclo del carbono es el medio por el cual los átomos de carbono se intercambian entre los seres vivos, el suelo, los océanos y los cielos; o biosfera, geosfera, hidrosfera y atmósfera, respectivamente. Hay alrededor de 1,000,000 de gigatoneladas de carbono en la Tierra, la mayoría de las cuales está encerrado en rocas sedimentarias y nunca llega a la superficie. En la superficie, el carbono participa continuamente en un intercambio dinámico de consumo y producción. Este intercambio activo se conoce como ciclo del carbono.
La atmósfera contiene aproximadamente 750 gigatoneladas de carbono, principalmente en forma de dióxido de carbono (CO2). Al final del ciclo de consumo del carbono, el carbono se drena continuamente por 1) el proceso de fotosíntesis, que utiliza dióxido de carbono para crear carbohidratos, y 2) las partes más frías de los océanos, que son capaces de absorber dióxido de carbono. Al final de la producción del ciclo del carbono, el carbono atmosférico se repone continuamente mediante los siguientes procesos: respiración de plantas y animales y su descomposición; la quema de combustibles fósiles; reacciones de piedra caliza; la liberación de dióxido de carbono por áreas cálidas del océano; y erupciones volcánicas. La quema humana de combustibles fósiles ha desequilibrado levemente el ciclo o el presupuesto del carbono global, lo que ha dado como resultado una atmósfera con niveles crecientes de dióxido de carbono.
La biosfera contiene aproximadamente 600 gigatoneladas de carbono, lo que representa el depósito de carbono más condensado de la Tierra. A través del ciclo del carbono, el carbono circula dentro y fuera de la biosfera a medida que las plantas y los animales respiran, excretan, mueren y realizan la fotosíntesis. El suelo en forma de materia orgánica, en el que se convierten las plantas y los animales cuando mueren, contiene alrededor de 1,500 gigatoneladas de carbono. Parte de este carbono se hunde profundamente en la Tierra en rocas sedimentarias, para nunca volver a salir a la superficie. Parte llega a los océanos y se disuelve. Los océanos profundos contienen una cantidad sustancial de carbono, alrededor de 38,000 gigatoneladas.
Aproximadamente 5.5 gigatoneladas de emisiones de combustibles fósiles son liberadas a la atmósfera cada año por la industria humana, creando un ciclo de carbono figurativo de alto contenido en carbono. Se han formado coaliciones internacionales para limitar estas emisiones, con un éxito moderado hasta ahora. Los depósitos de carbón restantes suman alrededor de 3,000 gigatoneladas de carbono, y las reservas restantes de petróleo y gas suman alrededor de 300.