海洋几乎是一个封闭系统，碳可以自给自足。海洋中有机质的主要生产者是海水表层的浮游生物，它们吸收溶解在水中的二氧化碳，进行光合作用。海洋浮游植物的生产能力随区域和季节而异，矿质营养丰富的区域，每年二氧化碳固定量可达0.5～1千克/米2,营养贫乏的区域二氧化碳的固定量仅达上述量的10%或更少。全部海洋中每年固定的碳约450亿吨。海洋中的浮游植物为浮游动物的食物，它们进行光合作用时放出氧供动物呼吸，动、植物呼吸放出的二氧化碳又供植物合成。海洋中大部分生物群为微小生物，它们生命时间短，死亡后或自溶或被分解，未被分解的则下沉至深海，以有机质沉积物的形式，进入地壳内循环。
人类活动影响碳素循环的平衡，尤其是燃料矿石的燃烧使大气中二氧化碳的含量增加。1860年以前，大气中的二氧化碳含量在 0.03%以下，现在已增至0.033%。大气中二氧化碳含量增加造成全球范围的气温升高，也带来其他一系列的后果，已引起各国的重视。
