Atmosfærens kuldioxid indgår i et kompliceret kredsløb. Kuldioxid indgår i de levende organismers stofskifte, hvor det både bliver produceret og forbrugt, omdannet til organiske kulstof-forbindelser og frigivet igen, når organismerne dør og nedbrydes.

Der frigives konstant kuldioxid fra jordens indre gennem vulkansk aktivitet, både over og under havet. Samtidig bliver der bundet kuldioxid til tungtopløselige forbindelser, der aflejres på havenes bund i form af kalksten og kridt. Denne transport af kuldioxid fra luften og ned på havets bund som aflejringer foregår både via landjorden og havet.

På landjorden medvirker planterne til at trække kuldioxid ned i de øverste jordlag. Her kan kuldioxid, der er opløst i regnvand, reagere med basaltklippernes kalciumsilikat og danne kalciumbikar-bonat. Denne kan vaskes ud i havet med floderne, og her bruger mikroorganismer som kalkflagellater den til at danne kalkskaller. Når mikroorganismerne dør, vil de fleste af deres skaller opløses i havvandet, men en lille procentdel når at falde ned på bunden af havet, hvor de aflejres som kalksten og kridt. Kuldioxid kan også bindes ved at døde plantedele aflejres i iltfattige omgivelser som f.eks. en mose. I stedet for at gå i forrådnelse, vil plantedelene først blive omdannet til tørv og senere under tryk til kul.

I havet pumper havalgerne i havets overfladelag store mængder kuldioxid ned i havet. En del af denne kuldioxid bruges af nogle mikroorganismer til at danne kiselskeletter og kalkskaller. Skallerne fra de døde celler danner igen kalkstens- og kiselaflejringer på havbunden. Under bestemte forhold kan disse aflejringer i løbet af mange millioner år omdannes til flydende og gasformige kulbrinter som olie og gas.

Hele dette kredsløb er normalt i en kompliceret balance, hvor det kuldioxid, der frigives af vulkanerne, opvejes af det, der deponeres.