Økologiske systemer (økosystemer) har mange biogeokemiske cyklusser, der fungerer som en del af systemet, for eksempel vandcyklus, kulstofcyklus, nitrogencyklus osv. Alle kemiske elementer, der forekommer i organismer er en del af biogeokemiske cyklusser. Ud over at være en del af levende organismer, cykler disse kemiske elementer også gennem abiotiske faktorer i økosystemer såsom vand (hydrosfære), land (litosfæren) og / eller luften (atmosfære).
De levende faktorer på planeten kan betegnes samlet som biosfæren. Alle næringsstoffer – såsom kulstof, nitrogen, ilt, fosfor og svovl – brugt i økosystemer af levende organismer er en del af et lukket system; derfor genvindes disse kemikalier i stedet for at gå tabt og genopfyldes konstant som i et åbent system.
Strømmen af energi i et økosystem er et åbent system; solen giver konstant planeten energi i form af lys, mens den til sidst bliver brugt og tabt i form af varme gennem de trofiske niveauer af et madnet. Kulstof bruges til at fremstille kulhydrater, fedtstoffer og proteiner, de vigtigste kilder til madenergi. Disse forbindelser oxideres for at frigive kuldioxid, som kan fanges af planter for at fremstille organiske forbindelser. Den kemiske reaktion er drevet af solens lysenergi.
Det er nødvendigt med sollys for at kombinere kulstof med brint og ilt til en energikilde, men økosystemer i dybhavet, hvor intet sollys kan trænge ind, opnår energi fra svovl. Hydrogensulfid nær hydrotermiske ventilationskanaler kan bruges af organismer såsom den kæmpe rørorm. I svovlcyklussen kan svovl genbruges for evigt som en energikilde. Energi kan frigives ved oxidation og reduktion af svovlforbindelser (fx oxiderende elementært svovl til sulfit og derefter til sulfat).
Selvom jorden konstant modtager energi fra solen, er dens kemiske sammensætning i det væsentlige fast, da det ekstra stof kun lejlighedsvis tilføjes af meteoritter. Da denne kemiske sammensætning ikke genopfyldes som energi, skal alle processer, der afhænger af disse kemikalier, genbruges. Disse cyklusser inkluderer både den levende biosfære og den ikke-levende litosfære, atmosfære og hydrosfære.
