Karbon döngüsü, canlılar, yer, okyanuslar ve gökyüzü arasında karbon atomlarının değiş tokuş aracıdır; veya sırasıyla biyosfer, jeosfer, hidrosfer ve atmosfer. Dünyada yaklaşık 1.000.000 gigaton bulunur ve bunların çoğu tortul kayalara kilitlenir ve asla yüzeye ulaşmaz. Yüzeyde, karbon sürekli bir tüketim ve üretim alış verişine katılıyor. Bu aktif değişim karbon döngüsü olarak adlandırılır.
Atmosfer, çoğunlukla karbondioksit (CO2) formunda yaklaşık 750 gigaton karbon içerir. Karbon döngüsünün tüketim sonunda, karbon sürekli olarak 1) karbonhidrat oluşturmak için karbon dioksit kullanan fotosentez işlemi ve 2) okyanusların karbon dioksiti emebilen daha soğuk kısımları ile sürekli olarak boşaltılmaktadır. Karbon döngüsünün üretim sonunda, atmosferik karbon aşağıdaki işlemlerle sürekli olarak yenilenir: bitki ve hayvanların solunumları ve çürümeleri; fosil yakıtların yakılması; kireçtaşı reaksiyonları; okyanusun ılık bölgelerinde karbondioksit salınımı; ve volkanik püskürmeler. Fosil yakıtların insanda yakılması, küresel karbon döngüsünü veya bütçesini dengesiz hale getirerek, artan karbondioksit seviyelerine sahip bir atmosfer yarattı.
Biyosfer, dünyadaki en yoğun karbon havuzunu temsil eden yaklaşık 600 gigaton karbon içermektedir. Karbon döngüsü boyunca, bitkiler ve hayvanlar soluduğu, çöktüğü, öldüğü ve fotosentezi gerçekleştirdiği için karbon biyosfer içinde ve dışında dolaşır. Bitkiler ve hayvanların öldüklerinde meydana geldiği organik madde formundaki toprak yaklaşık 1.500 gigaton karbon içerir. Bu karbonun bir kısmı, bir daha asla yüzeye çıkmayacak şekilde, yeryüzünün derinliklerinde tortul kayalara dönüşüyor. Bazıları okyanuslara ulaşır ve çözülür. Derin okyanuslar, yaklaşık 38.000 gigaton olan önemli miktarda karbon içermektedir.
İnsan endüstrisi tarafından her yıl yaklaşık 5.5 gigaton'luk fosil yakıt emisyonu atmosfere salınıyor, bu da mecazi bir en ağır karbon döngüsü yaratıyor. Bugüne kadar ılımlı bir başarı ile bu emisyonları sınırlamak için uluslararası koalisyonlar kuruldu. Kalan kömür yatakları toplamda 3.000 gigaton karbon içerir ve kalan petrol ve gaz rezervleri yaklaşık 300 oluşturur.
