Ecologische systemen (ecosystemen) hebben veel biogeochemische cycli die als onderdeel van het systeem werken, bijvoorbeeld de waterkringloop, de koolstofcyclus, de stikstofcyclus, enz. Alle chemische elementen die voorkomen in organismen maken deel uit van biogeochemische cycli. Deze chemische elementen maken niet alleen deel uit van levende organismen, ze doorlopen ook abiotische factoren van ecosystemen zoals water (hydrosfeer), land (lithosfeer) en / of lucht (atmosfeer).

De levenden factoren van de planeet kunnen gezamenlijk de biosfeer worden genoemd. Alle voedingsstoffen – zoals koolstof, stikstof, zuurstof, fosfor en zwavel – die door levende organismen in ecosystemen worden gebruikt, maken deel uit van een gesloten systeem; daarom worden deze chemicaliën gerecycled in plaats van dat ze verloren gaan en constant worden aangevuld, zoals in een open systeem.

De energiestroom in een ecosysteem is een open systeem; de zon geeft de planeet constant energie in de vorm van licht, terwijl het uiteindelijk wordt gebruikt en verloren gaat in de vorm van warmte door de trofische niveaus van een voedselweb. Koolstof wordt gebruikt om koolhydraten, vetten en eiwitten te maken, de belangrijkste bronnen van voedselenergie. Deze verbindingen worden geoxideerd om kooldioxide vrij te maken, dat door planten kan worden opgevangen om organische verbindingen te maken. De chemische reactie wordt aangedreven door de lichtenergie van de zon.

Zonlicht is nodig om koolstof met waterstof en zuurstof te combineren tot een energiebron, maar ecosystemen in de diepzee, waar geen zonlicht kan doordringen, verkrijgen energie van zwavel. Waterstofsulfide nabij hydrothermale ventilatieopeningen kan worden gebruikt door organismen zoals de gigantische buisworm. In de zwavelcyclus kan zwavel voor altijd worden gerecycled als energiebron. Energie kan vrijkomen door de oxidatie en reductie van zwavelverbindingen (bv. Elementaire zwavel oxideren tot sulfiet en vervolgens tot sulfaat).

Hoewel de aarde constant energie van de zon ontvangt, is de chemische samenstelling in wezen vast, aangezien de extra materie slechts af en toe wordt toegevoegd door meteorieten. Omdat deze chemische samenstelling niet wordt aangevuld als energie, moeten alle processen die afhankelijk zijn van deze chemicaliën worden gerecycled. Deze cycli omvatten zowel de levende biosfeer als de niet-levende lithosfeer, atmosfeer en hydrosfeer.