W przyrodzie, węgiel występuje w atmosferze, skorupie ziemskiej, wodzie morskiej i w organizmach żywych. Cały czas pomiędzy różnymi formami węgla i jego związkami zachodzi cykliczna przemiana, która może być opisana dwoma cyklami: biologicznym i geologicznym. Cykl biologiczny obejmuje przemiany węgla biegnące z udziałem organizmów żywych takie jak oddychanie, czy fotosynteza prowadzona przez rośliny. Cykl geologiczny to przemiany węgla w skorupie Ziemi, w wyniku których tworzą się minerały i złoża paliw kopalnych. Cykl ten odbywa się w dużo większej skali czasowej niż cykl biologiczny, i w ciągu jednego roku „obiega” nim dużo mniejsza ilość węgla niż w znacznie szybciej zachodzącym cyklu biologicznym. Obieg węgla w przyrodzie opisano skrótowo na rysunku 1.
Rysunek 1: obieg węgla w przyrodzie
Ingerencja człowieka
Człowiek, spalając paliwa kopalne takie jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, wypuszcza do atmosfery duże ilości dwutlenku węgla, zaburzając w ten sposób równowagę biologicznego cyklu węglowego. Innym ważnym efektem emisji CO2 do atmosfery jest efekt cieplarniany, polegający na zatrzymywaniu ciepła (w postaci promieniowania podczerwonego) w atmosferze Ziemi przez tak zwane gazy cieplarniane, do których należy dwutlenek węgla.