Os sistemas ecológicos (ecossistemas) têm muitos ciclos biogeoquímicos operando como parte do sistema, por exemplo, o ciclo da água, o ciclo do carbono, o ciclo do nitrogênio, etc. Todos os elementos químicos que ocorrem nos organismos são parte dos ciclos biogeoquímicos. Além de fazerem parte de organismos vivos, esses elementos químicos também circulam por fatores abióticos de ecossistemas como água (hidrosfera), terra (litosfera) e / ou ar (atmosfera).
Os vivos fatores do planeta podem ser chamados coletivamente de biosfera. Todos os nutrientes – como carbono, nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre – usados em ecossistemas por organismos vivos são parte de um sistema fechado; portanto, esses produtos químicos são reciclados em vez de serem perdidos e reabastecidos constantemente, como em um sistema aberto.
O fluxo de energia em um ecossistema é um sistema aberto; o sol constantemente fornece energia ao planeta na forma de luz, enquanto ela é eventualmente usada e perdida na forma de calor em todos os níveis tróficos de uma teia alimentar. O carbono é usado para fazer carboidratos, gorduras e proteínas, as principais fontes de energia alimentar. Esses compostos são oxidados para liberar dióxido de carbono, que pode ser capturado pelas plantas para formar compostos orgânicos. A reação química é alimentada pela energia luminosa do sol.
A luz solar é necessária para combinar carbono com hidrogênio e oxigênio em uma fonte de energia, mas os ecossistemas nas profundezas do mar, onde a luz solar não pode penetrar, obtêm energia do enxofre. O sulfeto de hidrogênio próximo às fontes hidrotermais pode ser utilizado por organismos como o verme tubular gigante. No ciclo do enxofre, o enxofre pode ser reciclado para sempre como fonte de energia. A energia pode ser liberada por meio da oxidação e redução de compostos de enxofre (por exemplo, enxofre elementar oxidante em sulfito e depois em sulfato).
Embora a Terra receba constantemente energia do sol, sua composição química é essencialmente fixa, como a matéria adicional é apenas ocasionalmente adicionada por meteoritos. Como essa composição química não é reabastecida como energia, todos os processos que dependem desses produtos químicos devem ser reciclados. Esses ciclos incluem a biosfera viva e a litosfera não viva, atmosfera e hidrosfera.
