Nutriëntenkringlopen is een van de belangrijkste processen die plaatsvinden in een ecosysteem. De nutriëntencyclus beschrijft het gebruik, de beweging en de recycling van voedingsstoffen in de omgeving. Waardevolle elementen zoals koolstofzuurstof, waterstof, fosforen stikstof is essentieel voor het leven en moet worden gerecycled om organismen te laten bestaan. Nutriëntencycli zijn inclusief beide levend en niet-levende componenten en omvatten biologische, geologische en chemische processen. Om deze reden staan deze voedingscircuits bekend als biogeochemische cycli.
Biogeochemische cycli kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdtypen: globale cycli en lokale cycli. Elementen zoals koolstof, stikstof, zuurstof en waterstof worden gerecycled via abiotische omgevingen, waaronder de atmosfeer, water en aarde. Aangezien de atmosfeer de belangrijkste abiotische omgeving is waaruit deze elementen worden geoogst, zijn hun cycli van mondiale aard. Deze elementen kunnen grote afstanden afleggen voordat ze door biologische organismen worden opgenomen. De bodem is de belangrijkste abiotische omgeving voor de recycling van elementen zoals fosfor, calcium en kalium. Als zodanig is hun beweging meestal over een lokale regio.
Koolstof is essentieel voor al het leven omdat het het hoofdbestanddeel is van levende organismen. Het dient als de ruggengraatcomponent voor iedereen organische polymeren, inclusief koolhydraten, eiwitten, en lipiden. Koolstofverbindingen, zoals kooldioxide (CO2) en methaan (CH4), circuleren in de atmosfeer en beïnvloeden het wereldklimaat. Koolstof circuleert voornamelijk tussen levende en niet-levende componenten van het ecosysteem door middel van fotosynthese en ademhaling. Planten en andere fotosynthetische organismen halen CO2 uit hun omgeving en gebruiken dit om biologische materialen te bouwen. Planten, dieren en ontbinders (bacteriën en schimmels) CO2 via de ademhaling terug in de atmosfeer brengen. De beweging van koolstof door biotische componenten van de omgeving staat bekend als de snelle koolstofcyclus. Het kost aanzienlijk minder tijd om koolstof door de biotische elementen van de cyclus te bewegen dan om door de abiotische elementen te bewegen. Het kan 200 miljoen jaar duren voordat koolstof door abiotische elementen zoals rotsen, grond en oceanen beweegt. Deze circulatie van koolstof staat dus bekend als de langzame koolstofcyclus.
Net als koolstof is stikstof een noodzakelijk onderdeel van biologische moleculen. Sommige van deze moleculen bevatten aminozuren en nucleïnezuren. Hoewel stikstof (N2) overvloedig aanwezig is in de atmosfeer, kunnen de meeste levende organismen in deze vorm geen stikstof gebruiken om organische verbindingen te synthetiseren. Atmosferische stikstof moet eerst worden vastgezet of door bepaalde bacteriën worden omgezet in ammoniak (NH3).
Zuurstof is een essentieel element voor biologische organismen. Het overgrote deel van de atmosferische zuurstof (O2) is afkomstig van fotosynthese. Planten en andere fotosynthetische organismen gebruiken CO2, water en lichtenergie om glucose en O2 te produceren. Glucose wordt gebruikt om organische moleculen te synthetiseren, terwijl O2 in de atmosfeer vrijkomt. Zuurstof wordt uit de atmosfeer verwijderd door afbraakprocessen en ademhaling in levende organismen.
Fosfor is een bestanddeel van biologische moleculen zoals RNA, DNA, fosfolipidenen adenosinetrifosfaat (ATP). ATP is een hoog energetisch molecuul dat wordt geproduceerd door de processen van cellulaire ademhaling en fermentatie. In de fosforcyclus circuleert fosfor voornamelijk door grond, rotsen, water en levende organismen. Fosfor wordt organisch gevonden in de vorm van het fosfaation (PO43-). Fosfor wordt aan de grond en het water toegevoegd door afvloeiing als gevolg van de verwering van gesteenten die fosfaten bevatten. PO43- wordt door planten uit de grond opgenomen en door de consument verkregen door consumptie van planten en andere dieren. Door ontleding worden fosfaten weer aan de grond toegevoegd. Fosfaten kunnen ook vast komen te zitten in sedimenten in aquatische omgevingen. Deze fosfaathoudende sedimenten vormen in de loop van de tijd nieuwe gesteenten.