Węgiel to jeden z podstawowych pierwiastków w organizmach żywych. Stanowi około 18% ciała człowieka. Węgiel jest między innymi niezbędny dla istnienia błon cytoplazmatycznych i komórek. Pierwiastek jest także podstawą DNA. Ale obieg węgla w przyrodzie to nie tylko człowiek. Węgiel występuje w powietrzu głównie w postaci dwutlenku węgla (CO2), gazu rozpuszczającego się w wodzie i reagującego z cząsteczkami wody, tworząc wodorowęglan—HCO3. W wyniku procesu fotosyntezy rośliny lądowe, bakterie i glony przekształcają dwutlenek węgla lub wodorowęglan w cząsteczki organiczne, migrujące dalej przez łańcuchy pokarmowe. W efekcie końcowym atomy węgla podczas oddychania uwalniane są do atmosfery.
Poza wymianą węgla między organizmami żywymi w przyrodzie w tzw. krótkim cyklu (okresie) mamy także do czynienia z długoterminowymi procesami geologicznymi (długi cykl / okres). Dotyczy to przede wszystkim tworzenie się skał osadowych i paliw kopalnych. Zarówno cykl obiegu krótki jak i długi mimo, że analizowane oddzielnie to są ze sobą powiązane. Przykładowo te same źródła atmosferycznego i oceanicznego dwutlenku węgla (CO2), wykorzystywane przez organizmy, biorą także udział w procesach geologicznych. Cykl węglowy geologiczny trwa znacznie dłużej niż biologiczny. Ten czas liczony jest w milionach lat. Węgiel magazynowany jest przez długi czas między innymi w atmosferze, zbiornikach wodnych – głównie w oceanach – w osadach oceanicznych, glebie, skałach, paliwach kopalnych i we wnętrzu Ziemi. Tonące szczątki organizmów tworzą osad na dnie oceanu. Z czasem osad zamienia się w wapień, będący największym rezerwuarem węgla na Ziemi. W przypadków lądów węgiel pochodzący z rozkładu organizmów żywych lub jako nieorganiczny pochodzący z wietrzenia skał i minerałów magazynowany jest w glebie. Na większych głębokościach pod powierzchnią ziemi tworzą się paliwa kopalne, takie jak ropa, węgiel kamienny i gaz ziemny, będące wynikiem rozkładu pozostałościami roślin w warunkach beztlenowych.
Rewolucja przemysłowa i generalnie wykorzystanie paliw kopalnych do zaspakajania podstawowych potrzeb jak choćby ogrzewanie, przemieszczanie się, wymaga ich spalania do powoduje uwalnianie do atmosfery bardzo dużych ilości dwutlenku węgla. Z takim samym procesem mamy także do czynienia podczas erupcja wulkanów. Osady węgla z dna oceanu w procesie subdukcji (przesuwania płyt tektonicznych) dostają się w głąb ziemi. W opisanym procesie powstaje dwutlenek węgla uwalniany do atmosfery w wyniku erupcji wulkanów lub kominów hydrotermalnych.
Paliwa kopalne traktowane są jako nieodnawialne źródła energii, z uwagi na fakt, że zużywają się znacznie szybciej, niż powstają w procesach geologicznych. Istotne jest też to, że człowiek, zwłaszcza przyczynił się do zaburzenia obiegu węgla w przyrodzie co negatywnie wpłynęło na zmiany klimatyczne – przede wszystkim ocieplenie. Ważne jest także to, że uwalnianie CO2 do atmosfery w wyniku działania człowieka to nie tylko spalenie paliw kopalnych ale także procesy urbanizacyjne a zwłaszcza wycinki na gigantyczną skalę lasów. Ekosystem leśny magazynuje węgiel i każda jego redukcja powoduje, że większość węgla jest uwalniana jako dwutlenek węgla bezpośrednio do atmosfery.
