De koolstof cyclus beschrijft de opslag en uitwisseling van koolstof tussen de aarde biosfeer (levende materie), atmosfeer (lucht), hydrosfeer (water) en geosfeer (aarde). De belangrijkste koolstofreservoirs zijn de atmosfeer, biosfeer, oceaan, sedimenten en het binnenste van de aarde. Zowel natuurlijke als menselijke activiteiten dragen koolstof over tussen de reservoirs.
Koolstof is een element dat essentieel is voor het leven zoals we het kennen. Levende organismen halen koolstof uit hun omgeving. Wanneer ze sterven, wordt koolstof teruggegeven aan de niet-levende omgeving. echter, de concentratie koolstof in levende materie (18%) is ongeveer 100 keer hoger dan de koolstofconcentratie in de aarde (0,19%). De opname van koolstof in levende organismen en de terugkeer van koolstof naar de niet-levende omgeving zijn niet in evenwicht.
De tweede grote reden is dat de koolstofcyclus een sleutelrol speelt in de globaal klimaat. Hoewel de koolstofcyclus enorm is, zijn mensen in staat om deze te bewerkstelligen en het ecosysteem te wijzigen. Kooldioxide dat vrijkomt bij verbranding van fossiele brandstoffen is ongeveer het dubbele van de netto-opname van planten en de oceaan.
De niet-levende omgeving omvat stoffen die nooit in leven waren en koolstofhoudende materialen die overblijven nadat organismen zijn gestorven. Koolstof wordt aangetroffen in het niet-levende deel van de hydrosfeer, atmosfeer en geosfeer als:
Koolstof komt levende materie binnen via autotrofen, organismen die in staat zijn om hun eigen voedingsstoffen te maken uit anorganische materialen.
De koolstofcyclus bestaat over het algemeen uit koolstofbeweging door de atmosfeer, biosferen, oceaan en geosfeer, maar de diepe koolstofcyclus tussen de mantel en de korst van de geosfeer wordt niet zo goed begrepen als de andere onderdelen. Zonder de beweging van tektonische platen en vulkanische activiteit zou koolstof uiteindelijk vast komen te zitten in de atmosfeer. Wetenschappers geloven dat de hoeveelheid koolstof die in de mantel is opgeslagen ongeveer duizend keer groter is dan de hoeveelheid die op het oppervlak wordt aangetroffen.