Ciclo biogeoquímico no qual o elemento reciclado é o carbono.

Os principais reservatórios de carbono na Terra são: sedimentos inorgânicos (incluindo rochas carbonatadas e sedimentos orgânicos fósseis), a edafosfera (carbono sequestrado no solo), a atmosfera (dióxido de carbono e metano), a biosfera terrestre (organismos terrestres vivos e mortos), os oceanos (incluindo carbono inorgânico dissolvido e organismos marinhos vivos e mortos), e águas continentais.

Consiste em um ciclo biótico, relativamente rápido, e um ciclo abiótico ou geológico, que leva entre 100 e 200 milhões de anos para se mover entre rochas, solo, oceano e atmosfera.

O ciclo biótico refere-se à circulação de carbono através de formas de vida na biosfera (em que plantas e microrganismos constituem os principais componentes), e na edafosfera. O carbono inorgânico (CO₂ atmosférico) é capturado principalmente através da fotossíntese, na qual a luz é usada como fonte de energia (fototrofia), cuja energia é armazenada na forma reduzida do dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NADPH) e trifosfato de adenosina (ATP). Essas duas moléculas têm a capacidade de reduzir o dióxido de carbono necessário para a síntese de carboidratos e outras moléculas orgânicas (autotrofia). Quando um ser vivo morre, seus restos mortais são transformados no solo, e integrados à edafosfera; quando finalmente se mineralizam, seu carbono é devolvido à atmosfera na forma de dióxido de carbono.

No ciclo abiótico é importante destacar o papel dos incêndios periódicos naturais que restituem nutrientes ao solo e liberam carbono na atmosfera na forma de dióxido de carbono, e ao solo na forma de carvão negro (en. black carbon. Com o intemperismo biogeoquímico das (carbonatação, pelo efeito da água com dióxido de carbono dissolvido), são formados produtos com alto tempo de permanência no solo (resistatos e neoformados), enquanto outros são percolados e finalmente transportados para águas continentais e os mares.

Em certos casos, quando a matéria vegetal morta (necromassa vegetal) se acumula mais rápido do que pode se decompor, camadas de carbono orgânico podem ser transformadas em turfa, petróleo, carvão ou gás natural. O ciclo continua, seja à medida que essas rochas emergem, ou como carbono devolvido à atmosfera na forma de dióxido de carbono através da atividade vulcânica.