Основним резервуаром вуглецю є гірські породи; в них, за існуючими оцінками, його міститься приблизно 75 квадрильйонів тонн. Ще 5 трильйонів тонн міститься в горючих корисних копалин - вугілля, нафту, газ і торфі. Приблизно 150 млрд. т припадає на верхній шар донних океанічнихопадів. Ці запаси в звичайних умовах недоступні для живих організмів. Для них важливіше «оборотний пул» вуглецю, представлений на малюнку.
Головне джерело вуглецю для живих організмів - це діоксид вуглецю (вуглекислий газ), що міститься в атмосфері і розчинений в поверхневих водах. В процесі фотосинтезу зелені рослини, водорості та ціанобактерії перетворюють це неорганічне речовина в вуглеводи, з яких потім утворюється вуглецевий скелет всіх інших органічних молекул. Фотосинтетична асиміляція діоксиду вуглецю компенсується його виділенням в процесі дихання, що сприяє підтримці природної рівноваги. Однак не весь фіксований діоксид вуглецю повертається в атмосферу за рахунок дихання. У анаеробної середовищі, наприклад в болотах або на слабо освітленому дні стоячих водойм, мінералізація органіки йде дуже повільно, і вона накопичується у вигляді мулу або торфу. В певних умовах через тривалий період часу ці опади можуть утворити поклади викопного палива.
В океанах основними механізмами поглинання діоксиду вуглецю з атмосфери є фотосинтез, головним чином фітопланктону, і розчинення в поверхневих водах. Значна частина цього пов'язаного діоксиду вуглецю швидко повертається назад - безпосередньо з розчину або в результаті дихання. Однак, як і в наземних екосистемах, деяка частка вуглецю надовго затримується, наприклад при зануренні холодних поверхневих вод в глибину або в складі утворених морськими організмами карбонатних структур (раковин, коралів і т. д.), які з часом перетворюються на гірські породи типу вапняку .
Швидкість перенесення вуглецю між його резервним і оборотним пулами може змінюватися з року в рік залежно від кліматичних флуктуації. На цей баланс впливає також діяльність людини, особливо зміна землекористування (зведення лісу або лісопосадки), використання викопного палива і виробництво цементу. Судячи з наявних даних, саме людина обумовлює значне зростання вмісту діоксиду вуглецю в атмосфері з епохи промислової революції.
Підвищення швидкості мобілізації вуглецю з його резервуарів типу викопного палива і карбонатів (при виробництві цементу) і потенційний вплив цього прискорення на глобальний клімат і екосистеми - вельми актуальні теми ведуться зараз екологічних досліджень і дебатів. Переважає думка, що збереження нинішніх темпів надходження в атмосферу діоксиду вуглецю загрожує дуже серйозними наслідками для всієї планети. Уряду роблять зусилля до скорочення викидів діоксиду вуглецю промисловістю і масштабів використання викопного палива в цілому за рахунок більш широкого застосування альтернативних видів енергії, наприклад сонячної і вітрової.