C’est le gaz carbonique (ou dioxyde de carbone) qui transporte le carbone dans le cycle du carbone. Ce cycle du carbone a lieu en parallèle à d’autres cycles, tels que celui de l’oxygène, de l’azote ou du silicium. Ces cycles sont fermés et apparemment simples : le dioxyde de carbone est produit par la respiration des végétaux qui consomme de l’oxygène, les végétaux transforment le CO₂ en composés organiques solides puis le CO₂ est réutilisé au cours de la photosynthèse qui émet de l’oxygène.

Concrètement, ces cycles biogéochimiques (comportant à la fois des éléments vivants et inertes) sont bien plus difficiles à appréhender et à suivre. En effet, d’une part, les imbrications d’un cycle dans un autre sont complexes car ils se produisent sur des espaces / temps différents et, d’autre part, les cinétiques d’échanges ne sont pas les mêmes selon les écosystèmes considérés. A ces difficultés se rajoute l’influence de l’activité humaine qui rejette du dioxyde de carbone lors de combustions de carbone fossile ou de biomasse. Ainsi, des mesures prouvent que jusqu’à la fin du XIX^ième siècle, la taux de dioxyde de carbone atmosphérique était de valeur constante, 270 ppm en volume, alors qu’aujourd’hui, il atteint les 370 ppmv et qu’il est en augmentation annuelle de 2 ppmv.

Contrairement à l’azote et l’oxygène, qui représentent respectivement environ 78 et 21 % des gaz atmosphériques, le dioxyde de carbone n’en constitue que 0,035 %. Aussi, une légère augmentation de ce gaz se traduit par un accroissement considérable en pourcentage. Il est très délicat de quantifier avec précision la corrélation existant entre la rétention de la chaleur dans l’atmosphère et l’augmentation des gaz à effets de serre (CO₂, CH₄, N₂O). On estime que la température moyenne de la planète a augmenté de 0,7°C au cours du XX^ième siècle.

Pour comprendre les mécanismes mis en jeu dans le cycle du carbone, il faut déterminer les réservoirs et les sources naturels de carbone et identifier les cycles.