De koolstofcyclus is de manier waarop koolstof wordt opgeslagen en vervangen op aarde. Sommige van de belangrijkste gebeurtenissen duren honderden miljoenen jaren, andere gebeuren jaarlijks.
De belangrijkste manieren waarop koolstof in de koolstofcyclus terechtkomt zijn vulkanen en de verbranding van fossiele brandstoffen zoals kolen en gas. Gedurende het grootste deel van de geschiedenis waren vulkanen de grootste bron van koolstof in de koolstofcyclus, maar de laatste honderd jaar hebben mensen die fossiele brandstoffen verbranden ongeveer honderd keer meer CO2 aan de lucht toegevoegd dan vulkanen. Dat wil zeggen dat voor elke ton CO2 die door vulkanen aan de lucht wordt toegevoegd, ongeveer 100 ton CO2 door mensen aan de lucht wordt toegevoegd.
De belangrijkste manier waarop koolstof uit de atmosfeer wordt gehaald is door fotosynthese door levende organismen. Een deel hiervan komt vrij als ze sterven en vergaan, maar een deel wordt begraven in sediment. Dit is te zien in het diagram. Sediment verandert in gesteente, en het zijn de carbonaatgesteenten als kalksteen die de nu vaste CO2 bevatten. Een deel van de koolstof uit planten wordt ook deel van de bodem, waar het lang kan blijven voordat het wordt afgebroken.
Een ander proces haalt CO2 uit de lucht. Door verwering door regen wordt CO2 in de vorm van verdund koolzuur uit de lucht gespoeld. Dit reageert met gesteente en helpt het op te lossen en te vernietigen. Dit eindigt ook als sediment.
"Verwering is een grote verbruiker van de atmosferische kooldioxide die essentieel is voor het oplossen van rotsen".
Er wordt ook wat CO2 opgelost in de oceaan. Op dit moment nemen de oceanen elk jaar meer CO2 op dan dat ze vrijgeven. Dit maakt de oceanen echter zuurder.
De opslag van koolstof in sedimentair gesteente is veel groter dan de CO2 in de atmosfeer (dit is niet weergegeven in het diagram). Uiteindelijk keert het terug naar de lucht als oceanische platen subduct in plaattectonica. Aan de randen van de plaatgrenzen (en op sommige andere plaatsen) vormen zich vulkanen en spuwen ze CO2 uit. Dit maakt de cyclus compleet.
